L’improbabile viaggio dell’unicità umana

Dopo tanto scrivere sul cambiamento climatico una pausa ci vuole, e me la prendo scrivendo ancora una volta sull’origine dell’umanità, una delle mie passioni.

Dallo stupore alieno all'ascesa di Homo sapiens: il viaggio imprevedibile dell'evoluzione umana
Se degli scienziati extraterrestri fossero sbarcati sulla terra tre milioni di anni fa, si sarebbero stupiti per le colonie di api domestiche, i termitai e l’operato delle formiche tagliafoglie; già allora le loro colonie rappresentavano i superorganismi supremi del mondo degli insetti, e i sistemi sociali di gran lunga più complessi ed ecologicamente di successo sul nostro pianeta.

I visitatori avrebbero anche studiato le australopitecine africane, una rara specie bipede di primati con cervelli a misura delle scimmie antropomorfe e avrebbero preconizzato che fra i vertebrati, in questo caso come in altri, il potenziale non era granché, in fondo, altre creature di quella grandezza calpestavano il terreno da più di 300 milioni di anni, e dal punto di vista sociale non era accaduto niente di che. Gli insetti sociali sembravano il meglio di cui il pianeta fosse capace.

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Gli extraterrestri sarebbero ripartiti con la convinzione che la biosfera della Terra si era stabilizzata, e che verosimilmente non sarebbe accaduto niente di particolare nei 100 milioni di anni a venire, visto che c’era voluto altrettanto tempo per gli insetti sociali a raggiungere ciò che sembrava il culmine dell’evoluzione.

Invece accadde qualcosa di straordinario. Il cervello delle australopitecine cominciò a crescere rapidamente (per i dettagli sull’evoluzione umana si veda questo mio post). All'epoca della visita degli extraterrestri, misurava 500-700 cm³. Due milioni di anni dopo era arrivato a circa 1000 cm³ e in un tempo successivo addirittura minore raggiunse i 1200-1500 cm³ circa: il doppio di quello delle prime australopitecine.

Era Arrivato Homo sapiens, e la sua conquista sociale della Terra era imminente.

Se oggi i discendenti degli extraterrestri tornassero a farci visita, dopo aver dedicato il loro tempo a galassie più interessanti della nostra, di sicuro resterebbero basiti. È accaduto ciò che era quasi impossibile: imprevedibilmente. Una specie bipede di primati scoperta allora, non soltanto era sopravvissuta, ma ha creato una primitiva cultura basata sul linguaggio. E, fatto ancora più sorprendente e inquietante, questa specie di primati sta distruggendo la biosfera (per approfondire qui e qui).

Pur avendo una biomassa totale piccolissima - tutti i suoi 8 miliardi e più di individui potrebbero essere accatastati come tronchi in un cubo di meno di 2 km per lato - la nuova specie è diventata una forza geofisica: ha imbrigliato l'energia del sole e dei combustibili fossili, deviato una buona parte dell'acqua dolce per suo uso e consumo, acidificato gli oceani e trasformato l'atmosfera al punto di aver direttamente causato un cambiamento climatico di scala planetaria, distrutto e consumato risorse ad un ritmo insostenibile. E, non ultimo, arrivando al punto di produrre un quantitativo tale di manufatti (1,1 teratonnellate) da aver eguagliato o forse superato, in termini di massa, quello dell'intera biomassa del pianeta. Gli extraterrestri la definirebbero un'opera di ingegneria raffazzonata e mal riuscita, e se avessero potuto tornare indietro avrebbero impedito in tutti i modi questa tragedia.

Tanto per non farci sentire troppo soli in questa metafora del cubo si è calcolato che le formiche che vivono oggi sulla Terra siano qualcosa come 10¹⁶ insetti. Se ogni insetto pesa circa un milionesimo di un essere umano e considerando che ci sono un milione di volte più formiche che esseri umani (arrotondando a 10¹⁰, valore che sarà raggiunto entro il secolo), allora tutte le formiche della Terra pesano come gli esseri umani; e anche queste potrebbero essere accatastate in un cubo avente lato pari a meno di 2 km. Sia questo che quello dell’umanità potrebbero essere nascosti in una piccolissima sezione del Grand Canyon del Colorado.

L'avvento del genere umano è stato per un po’ un colpo di fortuna per la nostra specie, e per sempre una sfortuna per quasi tutto il resto della vita sulla Terra.

Tra poco vedremo come una serie di eventi contingenti, indicati come altrettanti gradini evoluzionistici sulla strada verso l'umanità, se nella giusta sequenza, hanno avuto il potenziale di condurre una specie di grossi animali sull'orlo dell'eusocialità, qualcosa di veramente speciale. Ognuno di questi eventi, definito preadattamento (exaptation), è stato indicato, da un qualche scienziato, come l'avvenimento chiave che ha catapultato i primi ominidi verso l'attuale condizione umana. Molto sinteticamente, possiamo vedere l’eusocialità come una condizione in cui vi sono generazioni multiple che convivono e che sono organizzate in gruppi grazie a una divisione altruistica del lavoro. È stata una delle maggiori invenzioni nella storia della vita, apparsa raramente e ogni volta impiegando tempi lunghissimi.

Il bricolage dell’evoluzione: tra preadattamenti, contingenza e selezione saturale
L’evoluzione non parte mai da zero, ma dal materiale, o dalle soluzioni, che già sono a disposizione, e che vengono dal passato, portandosi quindi dietro tutti i loro limiti e vincoli; ma con quel materiale si può costruire o realizzare qualcosa di nuovo o diverso, a volte cambiando funzione ad una struttura o ad una soluzione evolutasi nel passato per certe ragioni e riutilizzandola per altre (ecco il perché del prefisso “pre”). In questo modo il risultato finale non sarà mai perfetto, ma una sorta di compromesso tra il materiale a disposizione e le nuove funzioni, qualcosa destinato a svolgere nel migliore dei modi compiti particolari: come ebbe a dire Jacques Monod, in una sorta di bricolage, purché funzioni insomma.

Ma in nessun modo, anche se quasi tutte le congetture sono parzialmente corrette, nessun preadattamento da solo ha senso, ma solo come parte di una sequenza, una delle tante possibili sequenze.

L'aspetto fondamentale è identificare la causa. Qual è stata allora questa causa, in quella antica congiuntura ambientale, a pilotare la specie attraverso la giusta sequenza di cambiamenti genetici?

I creazionisti, o le persone più religiose risponderebbero che è stata la mano di Dio. Ma quel risultato sarebbe stato assai improbabile persino per un potere soprannaturale. Per far emergere la condizione umana, un divino creatore avrebbe dovuto spargere un numero astronomico di mutazioni genetiche nel genoma e progettare l'ambiente fisico e vivente per milioni di anni per tenere in pista i primi preumani. E avrebbe dovuto fare lo stesso con una fila di generatori di numeri casuali.

La forza che ha infilato il cammello nella cruna dell’ago è la selezione naturale! Una serie di eventi contingenti - contingenti ripeto, alimentati dalla casualità delle mutazioni. Nell'evoluzione l'opportunità nasce dalla diversità.

Per approfondire rimando a questo post.

Nessun percorso individuale dell'evoluzione di ogni tipo può essere previsto, né all'inizio e neppure verso la fine della sua traiettoria. La selezione naturale può condurre una specie sull'orlo di un cambiamento rivoluzionario, soltanto per sviarla dalla sua meta. Tuttavia, almeno su questo pianeta, alcune traiettorie dell'evoluzione possono essere giudicate possibili o impossibili. Un insetto può evolvere fino a diventare microscopico, ma non potrà mai diventare grande come un elefante; i maiali potrebbero diventare acquatici, ma i loro discendenti non voleranno mai.

La possibile evoluzione di una specie può essere visualizzata come un viaggio in un labirinto, ma un viaggio visto col senno di poi, perché il viaggio stesso si può modificare in corso d’opera. Quando si intraprende un avanzamento significativo come la transizione da animale acquatico a terrestre, o l'origine dell'eusocialità, ogni cambiamento genetico, cioè ogni svolta nel labirinto, può rendere il raggiungimento di quel livello meno probabile o persino impossibile o, al contrario, tiene la porta aperta fino alla svolta successiva.

Come ebbe a dire il biologo Stephen J. Gould, se potessimo riavvolgere il nastro di una qualunque linea evolutiva, e ripartire da capo, la catena di eventi contingenti e il loro risultato finale sarebbero diversi ogni volta. E soprattutto, la selezione naturale non predice il futuro.

Nei primissimi stadi che tengono aperte le altre opzioni, rimane una strada lunga da fare e il risultato ultimo, molto lontano e meno probabile. Negli ultimi stadi la distanza che resta da superare è breve e il risultato diventa più probabile. Il labirinto stesso tende a evolvere lungo il tragitto: vecchi corridoi (nicchie ecologiche) possono chiudersi mentre altri si aprono. La struttura del labirinto dipende inoltre in parte da chi ci viaggia, compresa ciascuna specie.

L’improbabile viaggio evolutivo verso l’unicità umana
Per quasi 400 milioni di anni moltissime specie animali di grandi dimensioni (indicativamente dai 10 chilogrammi in su) si sono evolute sulla terraferma e hanno finito per estinguersi venendo rimpiazzati dai loro discendenti. Quante di queste specie sono comparse e quante si sono estinte? Proviamo a fare una stima plausibile. Se, come si deduce dalla documentazione fossile, la durata media della vita di una specie sommata a quella delle sue specie sorelle è nell'ordine di un milione di anni e se, con un calcolo prudenziale, supponiamo che nello stesso periodo sia esistito un migliaio di specie di tali dimensioni, allora (forse!) possiamo dire che nel corso dell'intera storia della Terra è vissuto nel complesso circa mezzo miliardo di specie con queste caratteristiche.

Ma soltanto la nostra specie, tra tutte, ha raggiunto il livello di intelligenza e organizzazione sociale che oggi ci contraddistingue. Questo evento singolare cambiò ogni cosa sul pianeta. Da quel momento non ci fu nessun altro candidato e nessun'altra ulteriore contesa. La specie vincitrice straordinariamente fortunata fu quella di un primate del Vecchio Mondo; il luogo d'origine l'Africa, orientale e meridionale; l'habitat una vasta fascia di savana tropicale, prateria e semideserto; il tempo da 300.000 a 200.000 anni fa.

In ogni partita dell'azzardo evoluzionistico, giocata di generazione di generazione, un numero enorme di individui deve vivere e morire. Il numero, tuttavia, non è infinito e può essere calcolato approssimativamente, fornendo almeno un'idea plausibile dell'ordine di grandezza per l'intero corso dell'evoluzione che ha portato dai nostri progenitori mammiferi di 100 milioni di anni fa, alla discendenza che si fece largo fino a diventare il primo Homo sapiens, il numero totale di individui richiesti potrebbe aggirarsi intorno ai 100 miliardi. A loro insaputa, vissero e morirono tutti per noi.

Molti giocatori, fra le altre specie in evoluzione, ognuna con in media alcune decine di migliaia di individui fertili per ogni generazione, spesso pure deperirono e sparirono. Se ciò fosse capitato a uno qualsiasi della lunga linea di progenitori che hanno portato a Homo sapiens, l'epopea umana sarebbe finita da un istante all'altro. I nostri antenati preumani non furono scelti, né erano dei giganti.

Hanno avuto soltanto fortuna.

I nostri progenitori furono una tra due dozzine circa di linee di animali che hanno sviluppato l'eusocialità, il livello più importante di organizzazione biologica superiore a quello di organismo.

Le ricerche più recenti in parecchie discipline scientifiche convergono nel ricostruire gli stadi evolutivi che hanno portato alla condizione umana offrendo una soluzione almeno parziale del “problema dell'unicità umana”, che ha così angustiato scienziati e filosofi. Come abbiamo visto, se collocato nel tempo dall'inizio al raggiungimento della condizione umana, ogni gradino può essere interpretato come un preadattamento. Attenzione! Ciò non significa che l’evoluzione delle specie che ha portato alla nostra è stata in qualche modo guidata verso questo esito. Bensì, ogni gradino è stato un adattamento in sé e per sé: la risposta della selezione naturale alle condizioni prevalenti intorno a quella specie in un dato luogo e momento.

Indiscutibilmente l’organismo vivente più complesso che si conosca è Homo sapiens (complesso, non migliore o più adatto). Anche in questo caso la sua evoluzione non è stata diversa, almeno fino ad un certo punto, da quella di qualsiasi altro vivente. Come in tutti i grandi problemi scientifici, l'origine evolutiva del genere umano inizialmente si presentò come un coacervo di entità e processi in parte visti, in parte immaginati, con alcuni di questi elementi che risalgono molto indietro nel tempo geologico e forse non saranno mai compresi con certezza.

In generale, ormai sembra possibile fornire una spiegazione plausibile del perché la condizione umana sia una singolarità e perché qualcosa di simile sia accaduto una sola volta e ci abbia messo così tanto a capitare. La ragione è semplice, ed è l'estrema improbabilità dei preadattamenti necessari perché si verificasse. Ognuno di questi gradini evolutivi è stato in sé e per sé un adattamento a tutti gli effetti e ha richiesto una particolare sequenza di uno o più preadottato precedenti. Homo sapiens è l'unica specie di grande mammifero - quindi abbastanza grande da sviluppare un cervello a misura d'uomo - ad avere intrapreso tutte le fortunate svolte necessarie nel labirinto evoluzionistico.

Sintetizzando al massimo il primo preadattamento fu la sua esistenza sulla terraferma. Il progresso tecnologico, le pietre scheggiate e le aste in legno, hanno bisogno del fuoco, nessun animale marino, nemmeno l'intelligentissimo polpo, saprà mai inventare un mantice o una fornace, o generare una cultura che costruisca un microscopio, derivi la chimica ossidativa della fotosintesi clorofilliana o fotografi le lune di Saturno.

Il secondo preadattamento fu avere una corporatura massiccia, di una grandezza raggiunta nella storia della terra soltanto da una piccola percentuale di specie animali terrestri. Un animale maturo che pesi meno di un chilo avrà una grandezza del cervello troppo limitata per una cultura di livello superiore, e persino sulla terraferma, il suo corpo non riuscirebbe a domare ed attizzare il fuoco. Le formiche tagliafoglie, pur essendo la specie più complessa dopo gli esseri umani e pur praticando una sorta di agricoltura in città climatizzate da loro escogitate istintivamente, non hanno mai fatto progressi di una certa importanza: quel che fanno oggi è identico a quel che hanno finora fatto, nei 20 milioni di anni della loro esistenza.

A seguire, nella linea dei preadattamenti fu la comparsa di mani prensili con morbide dita a spatola che si svilupparono per afferrare e manipolare oggetti liberi. Questa è la caratteristica dei primati che li differenzia da tutti gli altri mammiferi terrestri. Per quanto gli scrittori di fantascienza amanti delle invasioni della Terra, si ostinino adottare i loro alieni di artigli e zanne, questi sono inadatti allo sviluppo di una tecnologia. Il bipedismo dipese da tutto ciò.

La svolta successiva nel labirinto evoluzionistico fu il passaggio a una dieta con una quantità significativa di carne ricavata dalle carcasse macellate o dagli animali vivi cacciati e uccisi, o da tutte e due le fonti. Un grammo di carne fornisce un'energia maggiore di un grammo di vegetali. Una volta che un carnivoro, evolvendosi, si ricava una nicchia, l'energia necessaria per occuparla sarà minore.

I vantaggi della cooperazione nella raccolta della carne portarono quindi alla formazione di gruppi molto organizzati. Le primissime società erano composte da famiglie allargate ma anche da adottati e alleati, e raggiunsero una popolazione sostenibile dall'ambiente locale. Una popolazione numerosa era un vantaggio negli inevitabili conflitti fra gruppi diversi.

Circa un milione di anni fa arrivò l'uso controllato del fuoco, una conquista unica degli ominidi. I tizzoni provocati dai fulmini trasportati altrove procurarono enormi vantaggi in tutti gli aspetti della vita dei nostri progenitori. Questo controllo aumentò la disponibilità di carne, permettendo di snidare e intrappolare un numero maggiore di animali. Il diffondersi di un incendio era l'equivalente oggi di una muta di cani da caccia. Spesso gli animali erano non soltanto uccisi ma anche cotti dal fuoco. E persino nei primordi di Homo carnivoro, il vantaggio della carne, dei muscoli e delle ossa resi così più facilmente assimilabili e digeribili ebbe importanti conseguenze.

Il fuoco trasportato da un luogo all'altro era una risorsa come la carne, la frutta e le armi. I grossi rami e le fascine di ramoscelli possono bruciare lentamente per ore. Con la carne, il fuoco e la cottura, i bivacchi, che a volte duravano più di qualche giorno e quindi erano abbastanza stabili per essere protetti come rifugi, segnarono il passo vitale successivo. Questi erano una sorta di nidi, come potremmo chiamarli, e hanno sempre preceduto la conquista dell'eusocialità, anche quando espressa al minimo, da parte di tutti gli altri animali, a cominciare dagli insetti sociali.

Insieme con i fuochi di bivacco arrivò la divisione del lavoro. E preesistevano anche differenze tra maschi e femmine e fra giovani e vecchi. Infine, in ogni sottogruppo c'erano delle disparità non solo nella capacità di leadership ma anche nella propensione a rimanere nell'accampamento.

Il risultato inevitabile che scaturì quasi subito da tutti questi preadattamenti fu una complessa divisione del lavoro.

Terraferma, corporatura, mani, bipedismo, cooperazione e gruppi, controllo del fuoco, bivacchi e divisione del lavoro: un insieme di preadattamenti che presi singolarmente non hanno valore evolutivo fondamentale, ma che in serie rappresentano la spinta fondamentale ad acquisire la condizione umana. E, ovviamente, il linguaggio.

Ma forse la cosa che più colpisce, è la conferma dell’incredibile intuizione di Charles Darwin, riportata nel suo poco noto lavoro L’espressione delle emozioni nell’uomo e negli altri animali (1872): l’istinto si evolve per selezione naturale, i tratti comportamentali che definiscono ogni specie, così come quelli che ne definiscono anatomia e fisiologia, sono ereditari. Il grande scienziato sosteneva che continuano ad esistere perché in passato avevano favorito la sopravvivenza e la riproduzione. Questa intuizione è stata verificata e convalidata più volte.

Nonostante una serie incredibile di polemiche e tentativi di dimostrare che l’istinto umano non è un prodotto delle mutazioni e della selezione naturale, che esiste un dualismo mente-materia, decenni di studi hanno sconfitto la visione del cervello come una sorta di tabula rasa su cui solo l’apprendimento poteva lasciare segni. Molti scienziati, quasi esclusivamente di ambito sociale e intellettuale, continuavano a insistere che la mente è il prodotto esclusivo dell’ambiente e della sua storia passata. Sostenevano ad esempio che il libero arbitrio esiste ed è potente, e che la mente è sottoposta alla volontà e…al destino! Concludevano sostenendo che tutto ciò che evolve nella mente è esclusivamente culturale negando una natura umana (o animale che sia) basata sulla genetica.

Oggi la quantità e il rigore delle prove a favore dell’istinto e della natura umana determinate geneticamente sono schiaccianti e nuove conferme si aggiungono continuamente.

Eccoci dunque qui a camminare e, qualche volta, a correre disordinatamente lungo una linea di discendenza lunga 3,8 miliardi di anni e priva di uno scopo certo al di là del continuare a portare avanti i capricci delle mutazioni e della selezione naturale, come fossimo grandi borse piene di acqua di mare, erette, bipedi, sostenute da ossa, guidate da sistemi la cui base ingegneristica risale all'età dei rettili. Molte delle sostanze chimiche e delle molecole che circolano nella nostra porzione liquida (che corrisponde all'80 percento in peso del corpo) sono indicativamente le stesse che esistevano nel mare primordiale. La nostra capacità di ragionare e di scrivere ciò che pensiamo però continua a trarre energia dalla convinzione diffusa per cui ogni tappa della Preistoria e della storia, inclusa ogni grande transizione, in qualche modo sia servita a metterci sulla Terra. Tutto, è stato affermato, fin dall'origine della vita 3,8 miliardi di anni fa, venne pensato per noi. La diffusione di Homo sapiens fuori dall'Africa e in tutto il mondo abitabile fu in qualche modo preordinata. Ogni cosa venne intesa per stabilire il nostro dominio sul pianeta con l'inalienabile diritto di trattarlo come più ci piace.

Questo è l'errore, sintesi perfetta della condizione umana.

Questa incredibile serie di eventi[1] deve farci riflettere sull’unicità della nostra specie, un evento apparentemente irripetibile, così come irripetibile è quello di qualsiasi altra specie. Ma, dal punto di vista strettamente biologico, la comparsa della specie umana non è stata diversa da quella di qualsiasi altra. Come il titolo di un famoso libro del biologo evoluzionista Richard Dawkins…il più grande spettacolo della Terra grazie a, citando ancora Charles Darwin, infinite bellissime forme.

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[1] È interessante notare come sia ormai accertato che questa incredibile serie di eventi, pietre miliari dell’evoluzione umana, non siano stati i primi motori. Sono stati passi preliminari, ognuno come un adattamento a sé stante, ognuno con le sue cause prossime e remote. Ma il passo finale fu la formazione del cervello del moderno Homo sapiens, l’evento che ha scatenato l’esplosione creativa tuttora in atto.

Considerazioni sull'evoluzione umana

Introduzione
Lo so, sto un po’ in fissa con questa cosa, ma continuo a trovare documentazione aggiornata che insiste nel riportare quest’immagine, persino in un libro di testo per la scuola media edito soltanto un paio d’anni fa! Insomma, va bene che si fa fatica ad accettare quanto la moderna paleoantropologia, la genetica molecolare e/o l’archeologia ci raccontano da meno di dieci anni, va bene capire la fatica di riscrivere quanto fino a poco fa si considerava accettabile, ma è proprio questo uno dei ruoli della scienza: rivedersi. Per quanto riguarda la fissa suddetta qui, ma soprattutto qui, potrete trovare altri post sull’argomento.

Schema di classificazione delle catarrine esistenti (in inglese ape e monkey indicano rispettivamente primati di grandi dimensioni, come i gorilla o gli scimpanzè, e le piccole scimmie) - Science, 2010

L'immagine dell'evoluzione umana rappresentata in quel modo lineare, progressivo, in cui c'è un nostro presunto antenato molto simile a una scimmia che si trasforma gradualmente e lentamente in un essere umano, è solo una ricostruzione semplicistica che vede sempre come culmine all'estrema destra di questa carrellata di nostri parenti un Homo sapiens, tra l’altro sempre un maschio bianco; un’icona considerata all'apice della storia umana. Si fa fatica ad accettare che sia sbagliata perché quella sbagliata è un'immagine che ci gratifica, affascina, colpisce e consola. La grande iconografia della speranza umana che quella è la storia, la giusta conclusione del percorso che, necessariamente, doveva condurre fino a noi. E soprattutto è un modello semplicissimo, persino i bambini lo capiscono: poche idee chiare e dirette…ma sbagliate!

Rappresentazione alternativa alla precedente

Più tentativi, più successo
Sbagliate perché quello che sappiamo oggi dell'evoluzione è quanto rappresentato nell’immagine seguente, parte di un articolo di Terry Harrison pubblicato sul numero 327 di “Science” nel febbraio del 2010. L’immagine rappresenta schematicamente le relazioni tra ominoidi (ominidi o scimmie) in prospettiva temporale, a partire dalle primissime scimmie primitive, agli inizi del Miocene, passando dalla biforcazione avvenuta circa 6 milioni di anni fa, data della comparsa dell’antenato comune tra i  generi che hanno portato fino ad Homo sapiens e gli altri rappresentanti degli ominidi, ovvero scimpanzè, oranghi, bonobi e forse anche i gibboni. Le barre grigie continue rappresentano l'intervallo di tempo noto di ciascun genere, sottili linee scure sono relazioni dedotte tra i generi e sottili linee tratteggiate con un punto interrogativo denotano relazioni incerte.

Dentro quella fascetta degli ominini comparsa meno di due milioni di anni fa c’è tutta la storia evolutiva che ha portato fino ad Homo sapiens, ma ci sono anche gli altri Homo, e poco prima, in termini geologici, c’erano ad esempio gli australopitechi come la famosissima Lucy, nella ricostruzione qui a fianco.

Schema relazionale tra Hominoidea in prospettiva temporale - Science, 2010

Schema evolutivo e relazioni delle forme preumane (arancione) ed umane (azzurro) - Pievani, 2019

Un cespuglio intricato 

Si osservi invece il cespuglio di forme dell’immagine precedente: un modello che ne evidenzia la loro ramificazione e che rappresenta le relazioni, le parentele tra queste. In basso a destra gli appunti in proposito presenti su uno dei quaderni di Charles Darwin: la straordinaria intuizione!

Una storia lunga e complessa e andando dentro quelle fascette colorate, che rappresentano generi, ci sono quindi complessi di specie diverse, potete apprezzarne la quantità. Moltissime sono dei vicoli ciechi che ci hanno preceduto. Ominini: già, siamo diventati una sottofamiglia di questo cespuglio di forme che si sono diversificate molto recentemente, sempre in termini geologici. E quanti punti interrogativi, perché non abbiamo informazioni sufficienti, perché non riusciamo a ricostruire molti rapporti di parentela in ciò che viene prima di Homo sapiens. Ma è certo che siamo parte di un cespuglio ramificato con oltre venti specie diverse: non siamo mai stati soli, la nostra è una storia plurale.

Adesso consideriamo quest’altra rappresentazione, col tempo che passa in verticale e qualche dettaglio in più. La linea ondulata nera rappresenta un limite evolutivo tra primati preumani ed umani: da quel momento in poi si assiste ad una continua e progressiva crescita delle dimensioni del cervello man mano che procede l’evoluzione delle varie specie.

Pievani, 2019

In base alle ultime ricerche siamo comparsi in Africa 200.000 anni fa, forse 300.000, una specie giovane che ha appena iniziato la propria storia evolutiva. Ma ecco la scoperta più sconvolgente di questi ultimi anni, talmente sorprendente che molti scienziati faticano ancora a interiorizzarla, inaspettata com’è.

Se avessimo potuto viaggiare sulla Terra, tra Africa e Asia, 50.000 anni fa, un battito di ciglia rispetto al tempo geologico profondo, il tempo necessario a formare uno strato sottile di roccia sedimentaria, avremmo incontrato non una ma ben cinque specie umane. Se la storia dell’evoluzione umana degli ultimi due milioni di anni fosse rapportata a 24 ore noi saremmo apparsi da un paio d’ore! Ma non da soli. La Terra era già abitata da più forme umane, diverse tra loro, specie cugine, ma con storie ambientali molto diverse a creare una sorta di biodiversità umana.

Nel cespuglio lussureggiante degli ominini si scopre inoltre che specie ritenute sequenziali hanno in realtà avuto lunghissimi periodi di evoluzione parallela, in altre parole di convivenza sullo stesso pianeta e magari negli stessi territori, per centinaia di migliaia di anni.

Le nozioni monolitiche di “uomo primitivo” e di “ambiente ancestrale” perdono di significato: non vi è traccia né di una specie unica né di un ambiente ancestrale omogeneo.

Inconcepibile? Diamo per scontato di essere gli unici umani del pianeta, ci sentiamo molto orgogliosi guardando un gorilla allo zoo negli occhi, accettiamo il fatto che possa essere un nostro cugino stretto ma un retropensiero ci ricorda immediatamente che no! siamo diversi, noi umani, loro un’altra cosa. La solitudine della nostra storia è un’illusione da un punto di vista evoluzionistico, e nell’ultimo tratto del nostro percorso ne siamo stati la causa, perché il primo evento di estinzione della biodiversità umana, e non solo, è stato provocato da Homo sapiens che, in qualche modo, non necessariamente violento, ma soprattutto per lenta sostituzione come avvenuto con i Neandertal, si è liberato dei parenti, estinguendoli, in un arco di tempo che probabilmente va dai 30.000 ai 12.000 anni fa: vicinissimi dunque alla soglia della storia che si studia a scuola, vicinissimi alla comparsa delle prime civiltà, ancora più vicine alla cosiddetta rivoluzione neolitica, con la comparsa dell’agricoltura e della domesticazione di specie animali.  Gli ultimi Neandertal si estinguevano poche migliaia di anni fa.

Direttrici della prima ondata migratoria delle specie umane fuori dall’Africa
(Istituto Geografico De Agostini)

Out of Africa!
Ma facciamo un passo indietro e passiamo dal tempo allo spazio.

A partire da circa 2 milioni di anni fa le specie preumane africane iniziano a produrre un comportamento anomalo mai visto prima e che probabilmente è proprio ciò che ci ha reso umani: migrare, spostare il nostro areale di distribuzione, a differenza dalle scimmie antropomorfe abituate a nascere in un posto ed a restarci. La mobilità è una caratteristica fondamentale delle specie umane, quale miglior prova l’attuale mondo iperglobalizzato? La mappa precedente, realizzata con la collaborazione del prestigioso Istituto Geografico De Agostini di Novara, illustra la prima grande diaspora dell’umanità, la cosiddetta Out of Africa 1, iniziata circa due milioni di anni fa.

Nella mappa è possibile osservare come siano stati ricostruiti anche i profili delle linee di costa nei periodi glaciali, coincidenti con abbassamenti anche notevoli del livello medio dei mari protrattisi per lunghi periodi: Africa ed Asia erano agganciate in un unico grande continente, e quest’ultima, laddove ora c’è il mare dello stretto di Bering, era collegata alle Americhe attraverso la Beringia, da cui prende il nome, un istmo di terra emersa. Era quindi possibile muoversi senza incontrare ostacoli dal sud Africa al sud America.

L’instabilità ecologica e i cambiamenti climatici sono stati le cause principali che hanno spinto i nostri antenati a spostarsi, unitamente alle enormi capacità di adattamento ad ambienti diversi con grandissima flessibilità, una plasticità adattativa che, se da una parte ha fatto la nostra fortuna, dall’altra potrebbe ribaltarsi a nostro sfavore visto che, come ha detto qualcuno, siamo diventati una specie cosmopolita invasiva: abbiamo occupato tutti gli ecosistemi possibili, persino quelli più estremi e meno ospitali.

Impossibile? Ipotizziamo un avanzamento di appena 10 chilometri ogni secolo: in 10.000 anni, anche se la densità demografica di stimata era di un individuo ogni 10 chilometri quadrati, gli appartenenti ad una determinata specie avrebbero potuto coprire una distanza di 1.000 chilometri. Con questi valori è semplice constatare che, nei 200.000 trascorsi dalla comparsa delle prime forme di Homo sapiens in Africa centrale, ai primi ritrovamenti di ominini in Asia orientale si può ipotizzare uno spostamento potenziale di 20.000 chilometri. Senza considerare che erano presenti altre forme umane migrate in precedenza.

La prima grande migrazione iniziava due milioni di anni fa e si è ripetuta almeno altre due volte.

Direttrici della seconda ondata migratoria delle specie umane fuori dall’Africa
(Istituto Geografico De Agostini)

La cosiddetta Out of Africa 2 è iniziata circa 800.000 anni fa: di nuovo altre forme umane lasciano l’Africa, tra l’altro sempre dalla stessa zona, e questo dato è affascinante: tutte le grandi migrazioni umane che hanno prodotto anche la diversità attuale umana partono tutte dal Corno d’Africa. Come lo sappiamo? Ce lo dicono in modo estremamente preciso le molecole del DNA mettendoci in grado di collocare il punto e la data precise di inizio di queste migrazioni.

Ogni volta rappresentanti di specie Homo diverse, anche in piccolissimi gruppi di qualche decina di individui, sono partiti dalle vallate tra Eritrea, Etiopia, Kenya e Tanzania e da lì, seguendo corridoi naturali, ad esempio quello del Nilo od altri, sono arrivati in Medio Oriente, punto di smistamento fondamentale verso rotte dirette al nord, verso l’Europa, o verso est. Oppure con percorsi di migrazione che, seguendo la costa meridionale della penisola araba, doppiando il continente indiano a sud, hanno raggiunto quello che allora era un unico lunghissimo territorio che dalla Malesia, passando per l’Indonesia arriva a quello che oggi è Papua-Nuova Guinea, e isola dopo isola, o su strisce di territorio emerso, hanno raggiunto l’Australia forse già 80.000 anni fa.

Questa è l’ondata migratoria che ha visto uscire dall’Africa forme umane antecedenti a quanto in seguito, esclusivamente sul continente europeo, sarebbe stato indicato come Homo neandertalensis, un’esclusiva del vecchio continente, qui presenti fin da 300.000 anni fa.

Il percorso geografico e quello evolutivo che ha portato gli esseri umani dal Corno d’Africa al Mediterraneo, e quindi all’Europa e al Medio Oriente, è ciò che ci ha reso umani. Spostarsi da ambienti inospitali, muoversi attraverso tracciati diversi causati dalle diverse condizioni climatiche della zona del Sahara, che ha avuto diversi cicli, con lunghi periodi di fertilità seguiti a periodi altrettanto lunghi di aridità, attirando o respingendo le popolazioni umane: tutto ciò che ha provocato ondate migratorie ci ha reso umani. Fino alla cosiddetta Out of Africa 3, che sembra aver interessato soltanto Homo sapiens.

E tutto questo mi rende impossibile non pensare alle famiglie che oggi lasciano i propri paesi di origine, mettono a rischio la vita dei loro stessi figli, per imbarcarsi in un viaggio della speranza in cerca di migliori condizioni di vita.

Direttrici della terza ondata migratoria delle specie umane fuori dall’Africa
(Istituto Geografico De Agostini)

Dappertutto
E questa terza grande ondata fuori dall’Africa riguarda proprio noi, Homo sapiens, a differenza delle precedenti che riguardarono specie diverse. Anche Homo sapiens arriva dapprima in Medio Oriente e poi lungo la costa meridionale del Mediterraneo, affiancato da un’irruzione in Europa oltre che da percorsi migratori verso nordest e sudest.

Anche Homo sapiens è una specie immigrata. La specie autoctona europea erano i Neandertal, già presenti e comparsi proprio in questo continente oltre 300.000 anni fa.

Una scoperta recente, sempre grazie alla genetica molecolare, ha evidenziato che i geni connessi allo schiarimento della pelle in Homo sapiens hanno circa 16-18.000 anni. Considerando che l’arrivo di Homo sapiens in Europa è iniziato circa 40.000 anni fa, è evidente che i primi immigrati di colore in Europa siamo proprio noi, magari con gli occhi azzurri, predecessore dell’Uomo di Cheddar, come nella ricostruzione qui a fianco di un Sapiens, ma con la pelle scura.

Successivamente ci sono state diverse altre ondate migratorie, alcune che sembrano esser fallite a causa di stravolgimenti climatici che, in qualche modo, hanno come sbarrato la strada ai gruppi che migravano, altre spintesi in avanti anche per decine di migliaia di chilometri dal luogo di origine.

Tra queste forse la più importante è quella di circa 75.000 anni fa, più invasiva delle precedenti.

La migrazione finale? - Pievani, 2019

Ricostruzione morfometrica esatta delle sembianze di un Neandertal
a confronto con una bambina Sapiens

Incontri ravvicinati di tipo primitivo
E non è tutto. L’immagine precedente, un Neandertal e una bambina Sapiens, ci racconta qualcosa che è accaduto veramente. Le due specie, strettamente imparentate l'una con l'altra, sono vissute negli stessi territori a lungo, e quindi davvero non siamo stati soli in Medio Oriente, in Europa, e  principalmente in Italia, in Francia e in Spagna, così come nelle vallate prealpine abbiamo zone di sovrapposizione di popolamento nello stesso periodo di più specie umane, e in particolare di queste due specie umane. Ci distingueva soltanto lo 0,1% del DNA. Ed eravamo talmente vicini dal punto di vista biologico da essere interfecondi, potendo generare individui a loro volta fecondi, e i risultati delle ibridazioni tra Sapiens e Neandertal sono evidenziati dalla presenza nel nostro di DNA di materiale genetico dei nostri cugini. I dettagli genetici di questi scambi sono ancora oggetto di studio e ci sono molti dubbi sui meccanismi di trasmissione e di diluizione delle componenti delle due specie, ma è certo che i due gruppi possano aver avuto rapporti più che amichevoli. Per chi volesse approfondire qui potete trovare il materiale adatto.

In quel periodo i Neandertal avevano già iniziato quanto è noto come sviluppo dell’intelligenza simbolica, processo interrotto dalla loro estinzione avvenuta circa 28-29.000 anni fa. L’ultima comunità Neandertal sopravvisse attorno alla Rocca di Gibilterra con una dozzina di famiglie che, in maniera progressiva e non drammatica furono lentamente sostituiti dai Sapiens che hanno portato ad una marginalizzazione di quest’altra forma umana, che infatti scompare progressivamente dal Medio Oriente all’inizio, poi dall’Anatolia verso i Balcani, Italia, Francia e infine Spagna, come se fosse schiacciata verso occidente dalle continue ondate di ingresso di Homo sapiens in Europa.

Dall’altra parte del mondo, sull’isola di Flores in Indonesia, fino a soltanto 12.000 anni fa, ha vissuto un’altra spece umana, Homo floresiensis (nell’immagine a sinistra una femmina a confronto con una Sapiens), una specie pigmea a causa del cosiddetto nanismo insulare: erano infatti alti circa un metro ma con un cervello ben sviluppato. Un’altra forma umana arrivata fino alle soglie della storia; se questa specie avesse resistito qualche altro millennio avrebbe visto i primi campi coltivati, le prime città.

Siamo soli da pochissimo tempo. E a questo proposito c’è una domanda che non avrebbe avuto senso porre anche solo un paio di decenni fa, quando si dava per scontato che dopo l’estinzione delle altre forme umane, i Sapiens fossero gli unici rimasti grazie ai migliori adattamenti espressi.

Perché invece siamo soli se fino alle soglie della storia c’erano almeno quattro, se non cinque, forme umane diverse?

E’ una domanda a cui è tuttora difficile rispondere ma è ovvio che noi siamo soltanto uno dei modi di essere umani, un’altra prova dei meccanismi dell’evoluzione per selezione naturale che ci dice che, se potessimo riavvolgere il nastro all’indietro e ripartire da capo, per ogni linea evolutiva di qualsiasi organismo vivente, potremmo avere infinite possibilità di futuri diversi.

L’origine delle attuali popolazioni

Cervelloni

Avere un grande cervello, con la parte dedicata ai lobi frontali ben sviluppata, sicuramente ha aiutato. Ma anche questo è un effetto collaterale dell’evoluzione, non è il prodotto delle pressioni selettive.

Un’eccezionalità genetica, assente in tutte le altre forme imparentate, provoca un rallentamento mai visto prima del periodo di crescita e in particolare del periodo infantile e adolescenziale  (neotenia); in pratica, restiamo bambini molto più a lungo di qualsiasi altra specie a noi prossima. Persino nei confronti dei Neandertal: è stato dimostrato che un appartenente a questa specie diventava adulto due anni e mezzo prima dei Sapiens. Nella nostra specie il mantenimento dei tratti infantili permane molto più a lungo e la nostra è l’unica specie in cui il cervello continua a crescere anche dopo il parto per almeno altri due anni.

Dal punto di vista evoluzionistico queste caratteristiche rappresentano costi di adattamento molto elevati: un grande cervello che da solo consuma oltre il 20% dell’energia dell’organismo, molto esigente dal punto di vista metabolico, ma soprattutto cuccioli fragili per più anni rappresentano un investimento parentale consistente, e quindi questa innovazione ha avuto come necessità di altri bilanciamenti nell'organizzazione sociale. La necessità di tenersi nel gruppo cuccioli fragilissimi per molti più anni ci ha evidentemente regalato qualcos’altro: l’espansione del periodo di apprendimento, di gioco, di imitazione, alimentando la plasticità umana, con un cervello letteralmente plasmato biologicamente dalle esperienze successive alla nascita, grazie anche allo sviluppo del cervello successivamente al parto che, fra i suoi effetti collaterali ha prodotto un aumento delle capacità craniche. Per motivi meccanici, legati alle dimensioni del canale del parto delle donne Sapiens, nasciamo con un cervello che continua ad espandersi successivamente, soprattutto nell’area della corteccia prefrontale: un effetto collaterale di un processo di sviluppo. Quindi questa specie che rimane bambina così a lungo diventa una specie capace di avere una vita sociale molto elaborata e in piccoli gruppi.

Tutto ciò ad ulteriore testimonianza che la teoria dell’evoluzione, mantenendo ben saldi i principi darwiniani, è molto più pluralista e flessibile, con la selezione naturale che interagisce con molti altri fattori tra i quali quelli dello sviluppo che sono essenziali. Oggi la teoria dell'evoluzione è qualcosa di molto complesso ed altrettanto interessante che non l’idea, ormai semplicistica, che le pressioni selettive siano soltanto una sorta di problem solving atto al mutare delle condizioni ambientali.

La sintesi neodarwinista estesa - Pievani, 2019

Prede

Phillip Tobias (nella foto a fianco), un eminente antropologo, dimostrò che i segni di trauma riscontrati sul cranio di un fossile di cucciolo di australopiteco vissuto circa 2,8 milioni di anni fa (il Bambino di Taung) non erano, come si diceva fino a pochi anni fa,  segni di riti di cannibalismo, attribuendo chissà quale valore mistico ed esoterico al ritrovamento, ma i traumi riportati a seguito dell’esser stato cacciato da un’aquila. Segni conformi a quanto si può ritrovare ancora oggi in cuccioli di scimpanzè predati da rapaci.

Sappiamo quindi oggi, con ragionevole certezza, che per gran parte della nostra storia non siamo stati predatori ma prede; molti degli adattamenti sociali che abbiamo sono adattamenti da prede e non da predatori, adattamenti difensivi, cambiando quindi la prospettiva sull’evoluzione.

E con ciò si smontano anche alcuni dogmi, dovuti a narcisismo e pregiudizi, presenti sui testi fino a non molto tempo fa (direi ancora oggi). Tra i tanti “il nostro cervello è diventato grande perché eravamo grandi cacciatori e ci nutrivamo di carne fresca in abbondanza”. Ma la realtà era ben diversa. Siamo diventati grandi cacciatori in tempi molto recenti, lunghi abbastanza comunque da consentirci di sterminare tutte le macrofaune esistenti man mano che la migrazione ci portava a colonizzare la quasi totalità degli ambienti. Abbiamo infatti passato più del 90 percento della nostra storia di specie come necrofagi e saprofagi, come spazzini della savana, contendendoci le prede con avvoltoi e iene; dopo tutto è un comportamento molto adattativo perché la grande fatica della cattura la si lascia ai predatori professionisti, cioè i grandi felini, andando poi a sottrarre quel che resta, pezzetti di carne già ben frollata, essenziale per nutrire il cervello che, come predetto, assorbe da solo il 22 percento dell’energia del metabolismo umano, e da associare a quanto di vegetale fosse disponibile direttamente con la raccolta. Quindi niente lancia in resta e caccia al mammut se non in tempi più recenti ma una dieta onnivora con cui Homo sapiens se l’è cavata egregiamente.

Per tornare al narcisismo che ci ha visto e ci vorrebbe ancora come i dominatori del mondo da sempre voglio ricordare le parole di una grande biologo, Stephen Jay Gould: «Pensiamo che il problema fosse alzarsi la mattina e chiedersi cosa mangiare; in realtà il problema essenziale era arrivare a fine giornata senza esser stati mangiati».

Conclusione
Homo sapiens, dunque, è uscito dall’Africa a più riprese, siamo una specie molto giovane, nata in Africa 300.000 anni fa, più o meno 10.000 generazioni umane, e prima oltre che contemporaneamente alla nostra, altre specie hanno affrontato grandi migrazioni più volte nel corso della loro storia evolutiva. La mobilità è stata quindi la risposta adattativa ai cambiamenti ecologici. Dall’Eurasia all’Australia e poi nelle Americhe. Una bellissima storia ma che è tuttora in corso di svolgimento.

Anche oggi le popolazioni umane si spostano, nonostante i confini politici che spesso rappresentano delle vere e proprie barriere fisiche da attraversare, persino a volte con maggiori difficoltà che guadare un fiume o valicare un passo di montagna. Le Nazioni Unite hanno previsto spostamenti dovuti al cambiamento climatico dell’ordine delle decine di milioni di persone, in corso: il fenomeno migratorio è costitutivo della nostra identità di specie ma costituisce anche il nostro presente e sarà anche il nostro futuro. Una verità un più sconcertante più scomoda, che però va raccontata non limitandosi soltanto al passato remoto come se quel che Homo sapiens fece allora fosse appunto relegato al passato. Per raccontare l'evoluzione del lontano passato occorre capire il presente, avere delle chiavi di lettura per capire cos'è una pandemia, che cos'è la biodiversità, che cos'è il cambiamento ecologico: l'evoluzione è una chiave di lettura per il presente e per il futuro, ecco perché fa tutto parte del racconto.

E lo scopo principale è contrastare aspramente le derive negazioniste, razziste, persino tentativi di fare eugenetica, come ad esempio fatto da parte di genetisti truffaldini con uno spin-off dell’università di Budapest che hanno avuto la deleteria idea di usare la genetica per dimostrare identità, tratti somatici, purezza della razza e dell’ascendenza, a riprova che non ci siano impurità ebraiche o di origine rom o sinti. Questo può accadere oggi perché l'idea di identità associata all'idea di DNA porta a queste follie! Così come meno gravemente ma non meno sottilmente chiunque studia l'evoluzione deve sobbalzare ed opporsi con fermezza ogni volta che qualcuno dice che abbiamo la guerra scritta nel DNA, che i maschi sono aggressivi e violenti per natura e via discorrendo. Ogni volta occorrerebbe chiedere, a chi pronuncia oscene fesserie del genere, cosa intenda per natura, cosa intenda con scritto nel DNA. Gridare con forza che le razze non esistono non significa non voler essere razzisti, questo è il minimo ed è anche ovvio, e nemmeno perché non si vuole essere politically correct: non esistono e basta per motivi tecnici, per motivi sperimentali, per motivi empirici, ovvero per motivi interni alla comunità scientifica e non per motivi politici. Ed a maggior ragione per contrastare il clima crescente che impedisce di fare affermazioni del genere senza essere tacciati d’essere schierati politicamente, in questo caso con la sinistra. Fino ad una quindicina d’anni fa si poteva prender parte ad una trasmissione e dichiarare, motivandolo scientificamente, che le razze non esistono; oggi si verrebbe bersagliati da arrabbiatissimi ascoltatori che direbbero che si sta facendo politica, che in studio si sono invitati i soliti…comunisti o, nella migliore delle ipotesi un perbenista politically correct! Posizione quest’ultima di cui si può venir accusati persino parlando di riscaldamento climatico, visto che qualcuno sta cercando di passare la lotta al cambiamento climatico come un tema del genere!

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Riferimenti bibliografici
Guido Barbujani, Come eravamo. Storie dalla grande storia dell’uomo. 2022
Guido Barbujani, Andrea Brunelli. Il giro del mondo in sei milioni di anni. 2018
Telmo Pievani. Homo sapiens ed altre catastrofi. 2002
Telmo Pievani. Ripensare l’evoluzione umana. 2019
Guido Chelazzi. L’impronta originale. Storia naturale della colpa ecologica. 2013

Dissertazioni intorno all’origine della vita

L’adattamento dissipativo e altre cosucce…

Immagine di Shaila Fish per Quanta Magazine

Non è obiezione valida il fatto che la scienza non ha finora fatto luce sul problema di gran lunga superiore dell'essenza o dell'origine della vita. Chi può spiegare qual è l'essenza della forza di gravità? Nessuno oggi rifiuta di accettare i risultati conseguenti a questo ignoto elemento della forza, nonostante che Leibniz abbia in passato accusato Newton di introdurre "qualità occulte e miracoli nella filosofia".

Charles Darwin in "Origine delle specie", 1872

L’adattamento dissipativo

Un fisico teorico americano, Jeremy England, sulla base di analisi statistiche estremamente complesse, ha elaborato una serie di equazioni (una formula, insomma) che descrivono cosa accade ad un gruppo di atomi quando è soggetto ad una fonte di energia esterna e immerso in un ambiente caldo.

Se riportiamo tutto ciò all’ambiente caldo che potevano offrire gli oceani primordiali o la stessa atmosfera terrestre più o meno 4 miliardi di anni fa, e consideriamo il Sole la fonte di energia illimitata necessaria (illimitata almeno dal punto di vista della vita), la formula di England potrebbe descrivere cosa è accaduto durante la cosiddetta abiogenesi, ovvero durante i processi che hanno dato origine alla Vita (con la maiuscola, come spiegato nel mio post precedente).

Ma cosa predice questa formula? Che nelle suddette condizioni gli atomi e le molecole semplici tendono inevitabilmente a strutturarsi in modalità complessa crescente, a formare quindi, autonomamente, molecole via via più complesse aventi inoltre la straordinaria capacità di catturare energia e dissiparla in entropia. In sintesi: lasciate un gruppo di atomi al Sole e in breve tempo potreste avere amminoacidi, lipidi, nucleotidi ed altre molecole fondamentali: i mattoni della Vita.

Il processo è ovviamente abbastanza più complesso e tempo fa, in un mio post, avevo trattato brevemente questa sorta di spontaneità nella formazione di composti via via più complessi. In altre parole, sulla Terra, ai primordi, c’era quanto necessario, sia nativo che sicuramente portato dallo spazio esterno a bordo degli asteroidi che impattavano col pianeta.

England ha definito tutto ciò adattamento dissipativo o adattamento guidato dalla dissipazione, ovvero dal processo di dispersione dell’energia nell’ambiente circostante (processo noto anche come dissipamento, o distribuzione). Uno dei tanti aspetti dell’inesorabile ed inevitabile “Secondo principio della termodinamica”.

Questa teoria considera quindi l’origine della vita come un risultato inevitabile della termodinamica.

L’esistenza della vita, quindi, non sarebbe un mistero o un colpo di fortuna, ma deriverebbe piuttosto da principi fisici generali.

Inevitabile?

Una volta che il processo è iniziato, spinto da una sorgente di energia, la materia grezza tende inesorabilmente a organizzarsi e ad acquistare le caratteristiche fisiche associate con la Vita. Quello che spinge gli atomi in questa corsa è una tendenza intrinseca della materia, in talune circostanze, (ampia disponibilità di energia e ambiente caldo), a organizzarsi per consumare sempre più energia per dissiparla in entropia. Per far questo, gli atomi devono dar luogo a strutture sempre più complesse, quelle che sono alla base della Vita. La conseguenza è che il processo diventa sempre più efficiente e più veloce, come se si sostenesse e si autoalimentasse. In altre parole, al verificarsi di certe condizioni, si manifesta una caratteristica intrinseca della materia, cioè quella di evolvere in forme molecolari di Vita. Ovviamente non stiamo ancora parlando di organismi ma delle molecole alla base della Vita, cioè del processo di abiogenesi. Il processo formazione di molecole utili, innanzi tutto autoreplicanti, non sarebbe quindi puramente casuale, bensì guidato da una forza che accelera di continuo.

Una delle implicazioni di questa teoria è che verrebbe risolto anche un altro problema, quello del tempo a disposizione affinché tutto questo possa essersi verificato, in un lasso di tempo complessivamente piuttosto breve, rispetto all’età della Terra.

Se gli anni vi sembrano pochi…

Abbiamo visto nel post precedente, che in poche (in termini geologici) centinaia di milioni di anni, in un periodo compreso tra i 4, o poco più, e i 3,5 miliardi di anni fa, si è passati dalla non-Vita alla Vita. E’ un tempo sufficientemente lungo a consentire tutto ciò? Qualcuno dice di no. Quello del tempo insufficiente è sempre stato uno dei crucci maggiori anche agli albori dell’evoluzionismo: lo stesso Darwin sapeva che, per spiegare l’estrema variabilità della Vita, la Terra avrebbe dovuto essere estremamente più vecchia di quel che si reputava allora.

Non molto tempo fa, una delle figure più autorevoli della moderna biologia, Lynn Margulis, si è cimentata in una serie di calcoli. Scriveva:

«Se c'è stata qualche forma di processo pre-cellulare, esso deve essere originato dall'assemblaggio casuale di aminoacidi o nucleotidi. Tra tutti questi eventi casuali, uno in maniera fortunosa deve aver portato alla formazione di un gene o di una proteina con qualche forma di vantaggio rispetto alle altre forme casuali. Quanto tempo ci sarebbe voluto? Facendo un po’ di utili assunzioni, una proteina (o gene) simile si sarebbe formata una volta ogni 10⁵⁰⁰ volte che si formava una proteina casuale. Cioè ci sarebbero voluti 10⁵⁰⁰ tentativi per formare una proteina/gene “utile”.»

A conti fatti, che qui omettiamo, il tempo necessario affinché ciò sarebbe potuto accadere è di circa 10⁴⁵⁰ anni.

Un numero inimmaginabile. L’Universo ha 1,4x10¹⁰ anni, stando alla teoria cosmologica oggi più accreditata ovvero, un ordine di grandezza di 10⁴⁴⁰ volte maggiore dell’età stessa dell’Universo per avere un qualsiasi primo gene (o proteina) utile.

“1” seguito da 440 zeri: pressoché impossibile.

Anche ipotizzando che abbiano ragione coloro i quali sostengono che la Vita sulla Terra abbia origine extraterrestre (panspermia, che è una teoria tutt’altro che frutto di una qualche pseudo-scienza) il problema del tempo non viene risolto, ma solo spostato dalla Terra allo spazio, dove ci sarebbe voluto esattamente lo stesso tempo. E anche se nello spazio avrebbero potuto esserci condizioni chimiche e fisiche tali da accorciare il tempo necessario, sempre in base al calcolo originario, una riduzione di un fattore 10⁴⁴⁰ appare decisamente difficile da immaginare, lo stesso dicasi ipotizzando che il calcolo sia corretto ma che non lo siano le assunzioni fatte e i parametri usati per effettuarlo: uno scenario plausibile che possa accorciare il tempo di 10⁴⁴⁰ è altrettanto inimmaginabile.

Lasciamo da parte le speculazioni, anche se scientificamente supportate in teoria, di multiversi, cicli infiniti di nascita, morte, rinascita di infiniti universi. Adottare l’infinito (qui un vecchio mio post) metterebbe a disposizione altrettante possibilità e quel fattore impossibile diverrebbe forse possibile, ma paradossale. Una singolarità che i fisici non amano.

Eppur ci siamo!

«Il nostro numero è uscito alla roulette: perché dunque non dovremmo avvertire l’eccezionalità della nostra condizione, proprio allo stesso modo di colui che ha appena vinto un miliardo?» (Jacques Monod).

Poi c’è tutta la faccenda del cosiddetto principio antropico. Siamo qui e stiamo qui a parlarne, evidentemente l’evento così inimmaginabile è accaduto. Nulla esclude che la remotissima probabilità pari a una volta su 10⁵⁰⁰ possa essersi verificata nei primi tentativi, addirittura al primo! I più rigidi obietteranno che sarebbe un evento quasi impossibile ma la risposta è inconfutabile: se stiamo qui a parlarne è proprio perché l’impossibile è accaduto, altrimenti non saremmo qui. Attenzione però. Il disagio che si prova con una spiegazione del genere è normale: in realtà la cosa non spiega nulla, ribadisce soltanto, in forma diversa, quel che vorrebbe spiegare: la chiamano tautologia. A questo punto tanto varrebbe chiamare in causa una qualche forma di intervento divino.

Francis Crick, molto più razionalmente, scrisse nel suo libro “L’origine della vita”:

«Un uomo onesto, munito di tutte le conoscenze attuali, può solo affermare che […] l’origine della vita appare quasi un miracolo […]. Ma questa considerazione non è una ragione valida per credere che la vita non ha avuto origine sulla Terra, utilizzando una sequenza coerente di comuni reazioni chimiche.
Il tempo a disposizione è stato troppo lungo, i vari microambienti presenti sulla superficie della Terra troppo diversi, le possibilità chimiche troppo numerose, la nostra conoscenza e la nostra immaginazione troppo labili per permettere di decifrare esattamente come l’origine della vita ha potuto, o non ha potuto, aver luogo tanto tempo fa, in particolare perché non abbiamo dati sperimentali di quel periodo per verificare le nostre idee.»

Chiudiamo il cerchio

A quanto pare la teoria di England fornisce la spiegazione cercata, qualcosa di plausibile che spieghi che le cose non sono state guidate unicamente dal caso. Un qualcosa che ci permetta di pensare che il calcolo della Margulis non si applica all’abiogenesi perché questa non è determinata in maniera puramente casuale. Senza introdurre entità più o meno metafisiche, perché nella scienza ciò non è ammissibile e dobbiamo invece trovare leggi, regole e logiche compatibili con le leggi dell’Universo per fornire delle ipotesi.

Ogni tanto spunta fuori qualcuno che afferma che gli esseri viventi violano il “Secondo principio della termodinamica”: semplificando, e con riferimento alla riproduzione sessuata, dalla fusione di un paio di cellule, maschile e femminile, organizzazione e complessità vanno via via aumentando per tutto il corso della vita: ma un organismo vivente non è un sistema chiuso, c’è all’origine del suo apparente violare le leggi dell’entropia, la fruizione continua di energia. Un sistema semplice formato da una pianta, dal Sole e dall’Universo tutto ne è la prova: è grazie al fluire continuo dell’energia radiante dal Sole che la pianta sintetizza quanto occorre per crescere e sostenersi, e se al posto della pianta inseriamo la Vita tutta avremo che gli animali erbivori mangiando le piante avranno tutto ciò che serve loro per costruirsi; i carnivori mangeranno gli erbivori e ne estrarranno energia e materia loro necessaria per costruirsi. Se il sistema Vita mantiene sempre alta la propria energia e quindi bassa la propria entropia è perché la fonte primaria di energia è il Sole, una fonte pressoché inesauribile dal punto di vista della Vita.

Quella tra Vita e termodinamica è quindi una contraddizione apparente.

Inoltre tutte le specie viventi dissipano calore, cioè energia, e altre forme di materiali disordinati, in un processo la cui efficienza non può ovviamente essere del 100 percento, fino al termine del proprio ciclo vitale, laddove con la morte ogni organismo si decompone e restituisce al disordine tutto l’ordine costruito in precedenza.

La Vita è un’isola privilegiata dove è concesso, temporaneamente, un accumulo di energia. Ma alla fine vince l’entropia.

Possiamo dunque definire le caratteristiche fondamentali che definiscono la Vita.

1. Capacità di catturare e immagazzinare energia dall’ambiente.
2. Capacità di disperderla, ovvero dissiparla, nell’ambiente sotto forma di calore.

Se England ha messo nero su bianco che, con le debite condizioni, atomi e molecole riescono a formare molecole che sono sempre più vive è palese che se c’è qualcosa che sa fare le due cose suddette molto meglio di un comune ammasso di atomi sono proprio le forme di Vita, indipendentemente dalla loro complessità.

Ma c’è ancora tantissimo da fare. La teoria di England, ancorché teoricamente esatta, al momento è solo una serie di equazioni, di dimostrazioni matematiche effettuate in sistemi matematici modello. Grandi attenzioni e altrettante critiche corredano le necessarie evidenze sperimentali anche se qualcosa inizia a muoversi. Inoltre l’adattamento dissipativo descrive cosa accade ma non lo spiega: non è noto da cosa dipenda questa tendenza intrinseca della materia ad auto-organizzarsi.

Dopo tutto, occuparsi spesso del come piuttosto che del perché delle cose è compito preciso della scienza e del suo metodo. Non è un limite. Ci sono oggetti fisici conosciutissimi su cui, a tutt’oggi, le idee sono tutt’altro che chiare. Mettereste in discussione la gravità? L’energia? Il tempo? Eppure anche essendo in grado di misurarle, sapere cosa fanno, conoscerne le proprietà, dire esattamente cosa siano, nessuno ancora lo sa.

L’uovo e la gallina

In questo paragrafo farò uso di nomi e sigle che meriterebbero ognuna pagine di approfondimento: ma quel che ci interessa è il quadro complessivo, lasciando quindi a voi la voglia e la volontà di approfondire o di ripassare il manuale di biologia delle superiori. Qualcuno ha detto che «la gallina è solo un mezzo con cui un uovo fa un altro uovo» e qui stiamo parlando di livelli di complessità inimmaginabili rispetto a quelli che vengono comunemente definiti come “mattoni” della Vita: essenzialmente nucleotidi, geni/proteine, metalli catalizzanti, lipidi, in un ammasso informe di molecole in continua trasformazione e polimerizzazione e laddove, alcuni, divennero auto-replicanti e auto-sostenenti.

Ma anche per la Vita più semplice che conosciamo, come un batterio con qualche centinaio di geni appena (e ne esistono), occorrono sistemi autoreplicativi che contengono l’informazione (acidi nucleici, DNA e RNA), un metabolismo capace di produrre molecole ed energia (tutto basato su enzimi, ovvero su proteine) e, infine, membrane, formate da lipidi, per separare la cellula dal resto del mondo, proteggendone il contenuto ma al tempo stesso in grado di selezionare cose che possono entrare da cose che devono uscire.

E serve tutto insieme. In una ipersemplificazione, si veda anche il diagramma precedente, il DNA, per mezzo dell’RNA, assembla le proteine a garantire le funzioni cellulari, ma il tutto è sottoposto al metabolismo energetico e alle funzioni di replicazione, traduzione e trascrizione effettuate da proteine specifiche, enzimi compresi. Insomma se fosse nato prima l’uovo, l’RNA (la famosa teoria del RNA World, ne scrissi qui), un candidato ideale dato la sua versatilità e flessibilità, come avrebbe questi potuto generare codice utile ad assemblare proteine…senza le proteine necessarie? E se fossero nati prima gli amminoacidi a formare proteine, cosa avrebbe potuto codificarle correttamente senza gli acidi nucleici?

In laboratorio, o come amano dire i biologi in vitro, si è riusciti a simulare e creare le condizioni prebiotiche necessarie a produrre tutti i componenti, ma un gruppo alla volta. Ovvero, in tutte le sintesi prebiotiche, ottenute in laboratorio, le condizioni sono talmente diverse tra loro da essere reciprocamente incompatibili. Se si fanno amminoacidi non c’è verso in quelle condizioni che si facciano nucleotidi o lipidi, e così via.

Le condizioni per fare tutto insieme per moltissimo tempo non sono mai state ottenute e questo ha spinto a pensare che, nel mondo reale, uno dei sistemi dovesse essersi sviluppato per primo, a seguire gli altri, in una sorta di gerarchia necessaria.

- L’evoluzione necessita di autoreplicatori che contengano l’informazione per la Vita, quindi la replicazione deve essere emersa per prima (replication first).
- La cosa non si può fare senza metabolismo ed energia, quindi il metabolismo deve essere venuto per primo (metabolism first).
- E come fai una cellula senza separarla dal resto? I lipidi devono essere venuti per primi (lipid first).

E come avrebbe fatto un sistema ad inventare gli altri? Se le condizioni nelle quali si sviluppa il primo evento, uno qualsiasi tra quelli elencati, sono incompatibili con lo sviluppo del secondo, come si fa ad arrivare ad avere tutte le componenti necessarie?

Tutti primi, nessun primo. Non ha senso porsi la domanda paradossale, se sia nato prima l’uovo o la gallina, perché alla fine, o meglio all’inizio, uovo e gallina sono la stessa cosa.

Out of the blue

Fortunatamente è arrivato un altro pilastro della moderna biologia: John Sutherland. Abbandonando l’assunto che occorrono condizioni diverse per generare i diversi componenti, e non accontentandosi di accettare l’idea che le sintesi prebiotiche dei vari mattoni siano incompatibili tra loro è riuscito a creare le condizioni per farli tutti insieme, o almeno per farne un buon numero. Partendo da due soli elementi, probabilmente disponibili sulla terra prebiotica (essenzialmente acido cianidrico e acido solfidrico, HCN e H₂S), associati a quanto già presente, e utilizzando raggi UV come unica sorgente di energia, lo scienziato ha dimostrato l'esistenza di una serie complessa di reazioni che possono portare alla sintesi di aminoacidi (12 dei 20 esistenti in natura), nucleotidi (2 su 4) e una molecola precursore dei lipidi. Tutti allo stesso tempo e dallo stesso ambiente! Ha inoltre dimostrato che il processo può essere accelerato in presenza di rame, stante il ben conosciuto ruolo di catalizzatore che possono avere i metalli, ruolo sicuramente presente quando le proteine enzimatiche non erano ancora sviluppate: enzimi che oggi spesso contengono al loro interno atomi di vari metalli.

I lavori di Sutherland descrivono uno scenario nuovo, impensato fino a poco tempo fa. Un pianeta reduce da una catastrofe cosmica, l’ultimo grande bombardamento meteoritico subito, ribollente di pozze acide, con un’atmosfera rarefatta e tossica e bersagliato da letali radiazioni UV: ma tutto è pronto per dar luogo alla sintesi simultanea di tutte le molecole della Vita. E, come la chimica dimostra, il fatto che tutto sia pronto significa semplicemente che avviene.

L’acido cianidrico, una delle componenti fondamentali, in tedesco è noto come “acido blu”. Ecco perché Sutherland ha denominato il suo modello Out of the blue, giocando con la traduzione letterale “che viene fuori dal blu” e col reale significato “che accade inaspettatamente”.

Riassunto delle puntate precedenti, giusto qualche centinaio di milioni di anni

Il 1° febbraio 1871, Charles Darwin scrisse al suo amico e corrispondente Joseph Hooker, discutendo la sua ipotesi sull’origine della vita:

«Ma se (e che grande se) potessimo concepire in un piccolo stagno caldo con tutti i tipi di sali di ammonio e fosforo, – luce, calore, elettricità, ecc. – presenti, che un composto proteico fosse chimicamente formato, pronto per subire trasformazioni ancora più complesse, oggi tale materia verrebbe istantaneamente divorata, o assorbita, cosa che non sarebbe avvenuta prima che si formassero gli esseri viventi.” (Charles Darwin)

L’intuizione fenomenale del grande scienziato ricorda quel che molti avranno certamente sentito nominare: il cosiddetto brodo primordiale, che dovette essere però qualcosa di ben più complesso del miscuglio usato da Miller e Urey nel loro famoso esperimento, nel quale galleggiavano poche molecole elementari in attesa di qualche scarica elettrica. Era più probabilmente un minestrone nel quale avvenivano reazioni chimiche, catalizzate da metalli e sostenute da energia disponibile in abbondanza.

Nel corso di queste reazioni prendevano forma i mattoni della Vita, e forse si formavano contemporaneamente senza che un sistema dovesse necessariamente precederne un altro. L’assemblaggio di alcuni di queste mattoni (i nucleotidi) potrebbe aver portato alla formazione delle prime molecole in grado di replicarsi. Ma oltre a queste emergevano circuiti proto-metabolici, anch’essi capaci di autosostenersi e forse anche di autoreplicarsi. E piccole proteine (i peptidi) che potrebbero aver contribuito all’autoreplicazione delle prime forme di RNA che a loro volta fornivano supporto a queste. Il tutto in una sorta di co-evoluzione.

Man mano che le reazioni procedevano diventavano sempre più complesse, al punto di dare il via alla produzione su scala planetaria. La svolta avvenne quando alcuni RNA acquisirono la possibilità di controllare e direzionare la sintesi delle proteine. L’equilibrio di mutua assistenza si ruppe e si stabilirono le prime gerarchie di sintesi, in cui l’RNA prese il controllo delle proteine così come stabilito dal famoso dogma centrale della biologia molecolare. A questo punto le condizioni per avere il mondo a RNA erano disponibili: a partire da questo, la Vita.

Un’interessante alternativa, o forse un percorso in parallelo, ad uno sviluppo sulla superfice della Terra esposta agli agenti atmosferici, è data dalle ricerche condotte intorno agli ambienti dei cosiddetti camini idrotermali, sia quelli delle profondità oceaniche che quelli più superficiali. Questi potrebbero aver fornito le condizioni necessarie affinché i mattoni fondamentali potessero essere prodotti e successivamente organizzati in livelli di complessità crescenti, fino ai primi organismi unicellulari appena abbozzati: niente più che una membrana lipidica che racchiude un genoma primitivo, costituito da DNA, qualche proteina e l’immancabile RNA. Probabilmente una rete di organismi che si scambiavano pezzi di codice genetico per mezzo del “Trasferimento genico orizzontale” (vedi qui), a formare un insieme di LUCA, Last Universal Common Ancestor, di cui abbiamo scritto nel mio post precedente: un ammasso confuso di organismi indistinguibili che si sono poi evoluti seguendo modelli interdipendenti.

E’ successo davvero?

Per ora sono ipotesi avvincenti e anche se suffragate da alcune evidenze sperimentali non sappiamo ancora se tutto ciò sia avvenuto davvero. Molte delle scoperte sembrano portare in questa direzione e, ribadiamolo, non ci sono mai stati un uovo e una gallina. L’uovo e la gallina sono la stessa cosa. Se c’è stata una sorta di discontinuità nel passaggio tra Vita e non-Vita è questa una comodità arbitraria. In realtà sembra proprio che ancora una volta natura non facit saltus, e in una progressione graduale con passaggi appena distinguibili l’uno dall’altro, la materia sia andata continuamente trasformandosi.

La ricerca del primo vivente, antecedente a LUCA, continua, inarrestabile, soprattutto grazie al lavoro del team di Jack Szostak che spera di ottenere in laboratorio un giorno la prima cellula autoreplicante con genoma costituito da RNA: sarebbe la specie più primitiva di ogni altro essere vivente sulla Terra, una scoperta monumentale. Per molti il problema dell’origine della Vita sarà in gran parte risolto.

Ma, citando Enrico Fermi, «è questo il modo in cui potrebbe essere avvenuto, o è davvero successo così?».

Carl Sagan ricordava quanto accadde durante un dibattito pubblico nel 1960. Qualcuno chiese agli scienziati quando avrebbero risolto il problema dell’origine della Vita, riproducendo il processo in provetta. Uno degli oratori rispose che ci sarebbero voluti almeno altri 1000 anni. Il secondo 300. Il numero continuò a scendere finché uno degli scienziati affermò che era già stato fatto.

A seconda del punto di vista la risposta a come potrebbe essersi formata la Vita è sempre stata dietro l’angolo oppure talmente complessa non poter mai essere davvero trovata.

Ma la scienza non smetterà mai di cercare una risposta e anche se tuttora ignota, ancora una volta la scienza ci ha raccontato qualcosa sulla sua stessa natura e anche su quella di noi stessi.

«La Natura, spiegata in tutta la sua estensione, ci presenta un quadro immenso, in cui tutti gli ordini degli esseri sono rappresentati da una catena, che regge un seguito continuo d’oggetti vicini, e simili sufficientemente, perché le loro differenze sieno difficili da comprendere.» (Georges-Louis Leclerc, conte di Buffon, 1770).

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Riferimenti bibliografici.

Breve storia della creazione. Bill Mesler e James Cleaves II. Bollati Boringhieri. 2016.
La vita inevitabile. Pier Paolo Di Fiore. Codice. 2022
I motori della vita. Paul Falkowski. Bollati Boringhieri. 2015
Breve storia della Terra. Robert M. Hazen. Il Saggiatore. 2012