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L`evoluzione vista da un matematico
Granville Sewell  

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Nel 1996 il biochimico Michael Behe della Lehigh University ha pubblicato il libro "Darwin's Black Box" [Free Press], il cui tema centrale è che ogni cellula vivente contiene apparati e processi biochimici che sono "irriducibilmente complessi" - cioè richiedono l'esistenza simultanea di numerosi componenti complessi, ognuno dei quali è essenziale alla funzione. Quindi questi apparati e processi biochimici non possono essere spiegati con miglioramenti graduali Darwiniani, perché finché tutti i componenti non sono al loro posto l'insieme è completamente inutile, e non fornisce alcun vantaggio selettivo. Behe spende più di 100 pagine per descrivere nel dettaglio alcuni di questi sistemi biochimici irriducibilmente complessi, poi riassume i risultati di una ricerca esaustiva nella letteratura biochimica per trovare spiegazioni Darwiniane. La sua conclusione è che, mentre i testi di biochimica danno per scontato che la selezione naturale delle mutazioni casuali possa spiegare tutto nella cellula, tali affermazioni sono pure bugie, perché "non c'é una sola pubblicazione nella letteratura scientifica che descriva come l'evoluzione molecolare di ogni vero complesso sistema biochimico sia avvenuta o possa mai essere avvenuta".
 
Quando il Dr. Behe venne all'Università del Texas El Paso nel Maggio 1997 per una conferenza a cui era stato invitato, gli dissi che pensavo che avrebbe trovato più supporto alle sue idee nei dipartimenti di matematica, fisica e informatica che nel suo proprio campo. Conosco un mucchio di matematici, fisici e informatici che, come me, sono esterefatti che le spiegazioni di Darwin sullo sviluppo della vita siano così largamente accettate nelle scienze biologiche. Pochi di loro parlano o scrivono sull'argomento, forse perché pensano che la questione è semplicemente fuori del loro dominio. Invece io penso che ci siano due argomentazioni fondamentali contro il Darwinismo, ed entrambe possono essere molto ben capite da quelli ferrati nelle scienze matematiche.
 
Primo. La pietra angolare del Darwinismo è l'idea che i maggiori e più complessi miglioramenti possano ottenersi attraverso tanti piccoli passi; che i nuovi organi e sistemi di organi che danno luogo a nuovi ordini, classi e phyla si svilupparono gradualmente, per mezzo di molte piccole migliorie. Per prima cosa dobbiamo notare che i ritrovamenti fossili non suffragano questa idea, per esempio, il paleontologo George Gaylord Simpson di Harvard ["The History of Life," in Volume I of "Evolution after Darwin," University of Chicago Press, 1960] scrive:
 
«E` tipico dei ritrovamenti fossili conosciuti che molti taxa appaiano improvvisamente. Essi, come regola, non sono derivati da mutanti con cambiamenti impercettibili come Darwin credeva fosse usuale nell'evoluzione... Questo fenomeno diventa più universale e più spiccato tanto più si sale nella gerarchia delle categorie. Intervalli tra specie conosciute sono sporadici e spesso piccoli. Intervalli  tra ordini conosciuti, classi e phyla sono sistematici e quasi sempre ampi. Queste caratteristiche dei fossili pongono uno dei più importanti problemi teorici della storia della vita: è l'improvviso apparire delle categorie superiori un fenomeno dell'evoluzione o solo dei fossili, dovuto a difetti di campionamento o altre inadeguatezze?»
 
L'articolo di Life Magazine dell'Aprile 1982 (estratto dal libro di Francis Hitching, "The Neck of the Giraffe: Where Darwin Went Wrong") contiene il seguente resoconto:
«Se cercate i link fra i maggiori gruppi animali, essi semplicemente non esistono... ‘Invece di trovare un graduale sviluppo della vita' - scrive David M. Raup, curatore del Field Museum of Natural History di Chicago - ‘cosa i geologi del tempo di Darwin e quelli attuali trovano sono tracce altamente disuniformi e a scatti; cioè le specie appaiono nei fossili del tutto improvvisamente, mostrano piccoli o nessun cambiamento durante la loro esistenza, quindi scompaiono improvvisamente.' Non ci sono scatti piccoli. Ci sono periodi, in tutte le maggiori transizioni evolutive, in cui avvennero immensi cambiamenti fisiologici.»
 
Anche fra i biologi, l'idea che nuovi organi, e quindi le categorie superiori, possano svilupparsi gradualmente attraverso passi impercettibili è stata spesso messa in dubbio. Come potrebbe la "sopravvivenza del più adatto" guidare lo sviluppo di nuovi organi durante i loro stadi iniziali inutili, durante i quali essi ovviamente presentano nessun vantaggio selettivo? (Questo è spesso chiamato il "problema delle novità") O come potrebbe guidare lo sviluppo di interi nuovi sistemi, come quello nervoso, circolatorio, digestivo, respiratorio e riproduttivo che richiederebbero lo sviluppo simultaneo di parecchi nuovi organi interdipendenti, nessuno dei quali sia utilizzabile, o provveda alcun vantaggio selettivo di per se? Il biologo francese Jean Rostand, per esempio, ha scritto ["A Biologist's View," Wm. Heinemann Ltd. 1956]:
 
«Non sembra del tutto impossibile che mutazioni possano aver introdotto nel regno animale le differenze che esistono tra una specie e l'altra ... quindi è molto allettante mettere alla loro portata anche le grandi differenze tra classi, famiglie e ordini e, in breve, tutta l'evoluzione. Ma è ovvio che tale estrapolazione comporta la gratuita attribuzione alle mutazioni del passato di una grandezza e potenza di innovazione molto più grande di quelle mostrate da quelle attuali.»
 
Il libro di Behe è principalmente una sfida a questa ipotesi basilare del Darwinismo a livello microscopico. Sebbene non si sia famigliari con i complessi sistemi biochimici esaminati nel libro, credo che dei matematici siano qualificati per apprezzarne le idee generali. Sebbene un'analogia sia solo un'analogia, forse il miglior modo di capire gli argomenti di Behe è confrontare lo sviluppo del codice genetico della vita con lo sviluppo di un programma per computer. Supponete che un programmatore tenti di sviluppare un programma di analisi strutturale, scrivendolo in un linguaggio macchina che gli è totalmente sconosciuto. Egli semplicemente batterà sulla tastiera caratteri a caso e periodicamente effettuerà test sul programma per vedere e selezionare cambiamenti migliorativi quando accadono. I miglioramenti sono permanentemente incorporati nel programma mentre gli altri cambiamenti sono scartati. Se il nostro programmatore continua questo processo di variazioni casuali e di test per un tempo sufficientemente lungo, potrebbe eventualmente sviluppare un sofisticato programma di analisi strutturale? (Naturalmente, se è un essere intelligente che decide cosa costituisce un "miglioramento", ciò è selezione "artificiale", cosicché l'analogia è di gran lunga generosa verso il Darwinismo). Se un miliardo di programmatori battessero alla tastiera un carattere casuale al secondo, non c'è virtualmente alcuna speranza che, data l'età della terra di 4,5 miliardi di anni per lavorare, venga accidentalmente duplicato un dato miglioramento di 20 caratteri. Quindi il nostro programmatore non può sperare di ottenere qualsiasi miglioramento per mezzo del caso soltanto. Ma potrebbe fare progressi tramite l'accumulazione di variazioni molto piccole? Il Darwinista direbbe presumibilmente di si, ma per chiunque abbia una minima esperienza di programmazione questa idea è del tutto insostenibile. Miglioramenti sostanziali ad un programma di computer spesso richiedono l'aggiunta o modifica di centinaia di linee di codice interdipendenti, nessuna delle quali ha senso, o causa migliorie, se aggiunta da sola. Anche i più piccoli miglioramenti usualmente richiedono l'aggiunta di parecchie nuove istruzioni. E` concepibile che un programmatore incapace di considerare più di 5 o 6 caratteri alla volta possa essere in grado di fare qualche estremamente piccola correzione ad un programma, ma è inconcepibile che possa sviluppare qualcosa di sofisticato senza la capacità di pianificare ben oltre e di guidare le sue modifiche allo scopo voluto.
 
Se gli archeologi del futuro dissotterrassero le molte versioni del mio "PDE solver " [software per la risoluzione delle equazioni differenziali parziali], PDE2D , che io ho sviluppato negli ultimi 20 anni, essi certamente noterebbero un costante aumento della complessità nel tempo, e vedrebbero molte ovvie somiglianze tra ogni nuova versione e la precedente. All'inizio era solo capace di risolvere una singola equazione lineare in 2D, in regime uniforme, in una regione poligonale. Da allora PDE2D ha sviluppato molte nuove capacità: ora risolve problemi non lineari, problemi agli auto-valori e dipendenti dal tempo, sistemi di equazioni simultanee, e ora gestisce regioni curve generali in 2D. Negli anni, molti nuovi tipi di capacità di output grafico si sono evolute, nel 1991 è stato introdotto un pre-processor interattivo, e più recentemente PDE2D si è adattato ai problemi in 3D e 1D. Un archeologo che tentasse di spiegare l'evoluzione di questo software in termini di molti piccoli miglioramenti sarebbe stupito che ognuna di queste capacità superiori (nuove classi o phyla?) appaia improvvisamente nelle nuove versioni; per esempio, la capacità di risolvere problemi 3D è apparsa la prima volta nella versione 4.0. Migliorie di minor portata (nuove famiglie o ordini?)  sono apparse improvvisamente in nuove sotto-versioni, per esempio, la possibilità di risolvere problemi 3D con condizioni al contorno periodiche è apparsa improvvisamente nella versione 5.6. Di fatto, i ritrovamenti dello sviluppo del PDE2D sarebbero simili ai fossili biologici, con grandi gap dove sono apparse le caratteristiche superiori, e gap più piccoli dove sono apparsi quelle minori. Ciò in quanto la serie dei programmi intermedi tra le versioni e sotto-versioni che gli archeologi potrebbero pensare di trovare non sono mai esistite, perché - per esempio - nessuno dei cambiamenti che ho fatto per l'edizione 4.0 aveva senso, o dava a PDE2D alcun vantaggio nel risolvere i problemi 3D (o qualsiasi altro) finché centinaia di linee di istruzioni non fossero state aggiunte.
 
Sia a livello microscopico che macroscopico, anche gli avanzamenti evolutivi complessi superiori, comportanti nuove caratteristiche (diversi da minori variazioni quantitative come l'aumento della lunghezza del collo della giraffa[1], o l'oscuramento delle ali di una farfalla, che potrebbero avvenire gradualmente) comportano l'aggiunta di molte parti correlate e interdipendenti. Questi complessi avanzamenti, come quelli fatti al software, non sono sempre "irriducibilmente complessi" - qualche volta ci sono utili stadi intermedi. Ma come le migliorie significative al software non possono essere fatte solo a 5 o 6 caratteri per volta, certamente nessun maggiore sviluppo evolutivo è riducibile ad una serie di piccoli cambiamenti, ognuno abbastanza piccolo da essere conseguenza di una singola mutazione casuale.
 
Secondo. L'altro punto è molto semplice, ma sembra afferrabile solo da gente più ferrata matematicamente. E`che attribuire alla selezione naturale lo sviluppo della vita sulla terra significa assegnarle - e ad essa soltanto, fra tutte le "forze" naturali conosciute - la capacità di violare la seconda legge della termodinamica e di trarre l'ordine dal disordine. Spesso si dice che la terra non è un sistema chiuso - essa riceva energia dal sole, per esempio - per cui la seconda legge non è applicabile in questo caso. E` vero che l'ordine può aumentare localmente, se l'aumento locale è compensato da una diminuzione altrove, cioè, un sistema aperto può essere portato ad uno stato meno probabile importando ordine dall'esterno. Per esempio, potremmo trasportare un vagone di enciclopedie e computer sulla luna, quindi aumentando l'ordine sulla luna, senza violare la seconda legge. Ma la seconda legge della termodinamica - almeno il principio che ci sta dietro - dice semplicemente che le forze naturali non fanno sí che eventi estremamente improbabili accadano[2], ed è assurdo dire che perché la terra riceve energia dal sole, questo principio non è violato quando l'aggregazione di atomi in enciclopedie e computer avviene.
 
Il biologo studia i dettagli della storia naturale, e quando vede le somiglianze tra due specie di farfalle, è comprensibilmente riluttante ad attribuire le piccole differenze al soprannaturale. Ma il matematico o fisico probabilmente la prende più alla larga. Immagino di visitare la terra quando era giovane e di ritornare ora e trovare autostrade piene di automobili, aeroporti con aeroplani, e altri edifici pieni di complicate attrezzature, come televisioni, telefoni e computer. Poi immagino la costruzione di un gigantesco modello di simulazione che parte con le condizioni iniziali della terra 4 miliardi di anni fa e cerca di simulare gli effetti che le quattro forze naturali della fisica (gravitazionale, elettromagnetica, forza nucleare forte e debole) avrebbero avuto su ogni atomo e ogni particella sub-atomica del nostro pianeta (forse usando generatori di numeri casuali per modellare le incertezze quantistiche!). Se noi lanciassimo tale simulazione fino al giorno d'oggi, predirrebbe che le forze base della natura organizzerebbero le particelle base della natura in librerie piene di enciclopedie, libri scientifici e letterari, impianti atomici, portaerei con jet supersonici parcheggiati sul ponte, e computer connessi a stampanti laser, monitor e tastiere?  Se noi raffigurassimo graficamente le posizioni degli atomi alla fine della simulazione, troveremmo che si sono formati automobili e tir, o che i supercomputer sono sorti? Certamente no, e io non credo che aggiungere luce solare al modello aiuterebbe molto. Evidentemente qualcosa di estremamente improbabile è successo qui sul nostro pianeta, con l'origine e lo sviluppo della vita, e specialmente con il sorgere della coscienza e della creatività umana.


[1] Ironicamente l'articolo di W.E.Loennig "The Evolution of the Long-necked Giraffe"  mi  ha convinto che anche questa caratteristica non può e non è sorta gradualmente!
 
[2] Una sfortunata scelta di parole, per la quale sono stato severamente criticato. Avrei dovuto dire, il principio soggiacente la seconda legge è che le forze naturali non causano eventi macroscopicamente descrivibili che siano estremamente improbabili dal punto vista microscopico. Vedi  "A Second Look at the Second Law,"  per una trattazione approfondita di questo punto.