Gli organismi viventi

Cos'è la vita? Cosa significa essere vivo? Come fa qualcosa ad essere considerato vivente? Queste sono tutte domande pertinenti quando discutiamo sull'origine della vita. Gli scienziati hanno identificato diverse caratteristiche basilari della vita. Qualcosa, per essere definito vivente, deve mostrare tutte queste caratteristiche. Sebbene ci siano molte differenti opinioni sul significato di "essere vivente", le seguenti caratteristiche sono state designate come "caratteristiche dei viventi" con il consenso della comunità scientifica.

Tutti i viventi sono composti da cellule.

Le cellule sono i componenti di base di tutte le strutture viventi. Alcuni organismi sono costituiti da singole cellule, come i batteri, altri da moltissime cellule, come noi umani.

Richiedono energia.

I sistemi viventi conseguono uno stato di organizzazione usando energia che estraggono dal loro ambiente. Anche molti sistemi fisici estraggono energia dall'ambiente, ma un sistema vivente si distingue per il fatto che utilizza l'energia per convertire il materiale tratto dall'ambiente in una forma che è caratteristica di se stesso. Questo processo è noto come metabolismo.

Si riproducono.

Tutti gli organismi viventi si riproducono in modo sessuato o asessuato.

Mostrano ereditarietà.

Gli organismi viventi ereditano tratti dagli "organismi-genitori" che li hanno creati. Questo meccanismo è chiamato ereditarietà.

Rispondono all'ambiente.

Tutti gli organismi viventi rispondono agli stimoli dell'ambiente in cui vivono.

Mantengono l'omeostasi.

Tutti gli esseri viventi mantengono uno stato di equilibrio interno. Questa caratteristica è chiamata omeostasi.

Si evolvono e si adattano.

Tutti gli organismi viventi si evolvono e si adattano al proprio ambiente.

Ma un virus è un essere vivente?

Gli organismi viventi sicuramente hanno una composizione chimica comune che si basa sull'atomo di carbonio e quindi tipi di molecole organiche comuni come DNA RNA, Proteine, Grassi, Zuccheri. Hanno processi metabolici, catalizzati da enzimi, che comprendono biosintesi e reazioni che producono energia per le biosintesi; tra queste, quelle che si avvalgono di composti organici (organismi eterotrofi) e quelle invece che possono sfruttare fonti energetiche alternative come la luce (autotrofi fotosintetici) o altre ancora. A queste caratteristiche troviamo giusto correlare la proprietà di nutrirsi ma anche di muoversi.

Gli organismi viventi possiedono una struttura anatomica alla cui base c'è l'organizzazione cellulare. Le cellule derivano da altre cellule secondo processi di divisione tipici.

Gli esseri viventi si riproducono, cioè generano individui simili cedendo loro la copia del programma genetico posseduto. Hanno mostrato la tendenza a creare strutture complesse di più cellule diverse, organizzando il loro organismo in tessuti, organi, apparati, ma anche più individui in società e ancora più, gruppi di individui diversi in comunità.
Gli organismi viventi si esprimono attivamente nell'ambiente adattandosi ed evolvendosi, proprietà eccezionale attraverso la quale la vita si impone prepotentemente anche in luoghi considerati impossibili.

Guardo il mio gatto e gli dico: tu sei una forma di vita evolutosi dalla cellula primordiale. Osservandolo meglio rimango stupito dalla perfezione del suo coordinamento: saltella qua e là, arruffa il pelo, miagola. Un vero spettacolo.

L'organismo adulto si sviluppa a partire da un'unica cellula. La cellula si suddivide per mitosi in una miriade di altre cellule formando tutti i tessuti necessari. Il tutto è perfettamente coordinato come se ci fosse un direttore d'orchestra.

Mi guardo allo specchio e dico: io sono un organismo vivente.

Il mio corpo è costituito da miliardi di cellule tutte armonizzate tra loro.

Io sono anche un essere consapevole di me stesso, ma i miei reni funzionano anche senza che io ne sia consapevole. Il mio corpo è un processo complesso che si autoconserva senza alcun sforzo da parte mia. Io sono anche l'osservatore privilegiato, tutto si rapporta alla mia consapevolezza. In ogni mia esperienza io sono al centro del mio stesso esperire, tutto ruota attorno a me stesso.

Io sono l'attore principale della mia vita.

La trama dell'universo si dipana davanti ai miei occhi, tutto ciò che è stato pensato da essere umano, tutto ciò che è stato vissuto da essere vivente.

Io sono nato dal grembo materno, generato da uno spermatozoo vincente, e ora sono qui a contemplare il mondo. Miracolo dell'esistenza.

Ma come sono fatti gli organismi viventi?

Come si riproducono?

Come conservano la propria struttura?

Gli organismi viventi sono autopoietici (Maturana) ovvero auto-organizzanti.

L'osservatore è uno dei concetti chiave nella teoria dell'autopoiesi, perché:
"Osservare è il definitivo punto di partenza nonché il problema fondamentale di ogni tentativo di comprendere la realtà e la ragione come fenomeni del dominio umano. Invero ogni cosa detta è detta da un osservatore ad un altro osservatore che può essere egli stesso" (Maturana 1988).

Il concetto centrale dell'opera di Maturana e Varela è quello di autopoiesi. In accordo con Maturana (Maturana e Varela, 1980), il temine fu coniato intorno al 1972 combinando il greco "auto" (se stesso) e "poiesis" (creazione, produzione). Il concetto è definito formalmente come segue: "Un sistema autopoietico è organizzato (definito come unità) come una rete di processi di produzione (trasformazione e distruzione) di componenti che produce le componenti che:

Ogni unità che soddisfa queste specifiche è un sistema autopoietico ed ogni sistema autopoietico siffatto, che sia realizzato nello spazio fisico, è un sistema vivente.

La particolare configurazione di una unità data - la sua struttura - non è sufficiente a definirla come unità. La caratteristica chiave di ogni sistema vivente è il mantenimento della sua organizzazione, i.e. la preservazione della rete di relazioni che la definisce come un'unità sistemica. Detto altrimenti "... i sistemi autopoietici operano come sistemi omeostatici che hanno nella propria organizzazione la variabile critica fondamentale da essi attivamente mantenuta costante" (Maturana, 1975).

La realtà non può essere considerata come un qualcosa di oggettivo, indipendente dal soggetto che la esperisce, perché è il soggetto stesso che crea, costruisce, inventa ciò che crede che esista. La realtà non può essere considerata indipendente da colui che la osserva, dal momento che è proprio l'osservatore che le dà un senso partecipando attivamente alla sua costruzione.

La realtà e' un complesso sistema di correlazioni senso-motorie che, attraverso il fluire di eventi e relazioni all'interno di ininterrotti processi di computazione, ci rendono partecipi a livello percettivo di un mondo che noi connotiamo come significativo.

Il fenomeno della auto-organizzazione è solo una delle più interessanti manifestazioni che si possono avere in un sistema complesso, cioè in un sistema composto da un numero di parti così elevato da rendere impossibile seguirne separatamente ciascuna. Ma ci sono anche altre emergenze e altri problemi, da cui nascono le scienze della complessità, il cui rapido sviluppo è lungi dall'essere terminato.

Fra i fenomeni più importanti che si possono verificare nei sistemi complessi c'è una distribuzione dell'auto-organizzazione in una serie ascendente di livelli, tali che per ciascuno di essi bisogna escogitare almeno in una certa misura un diverso metodo d'indagine. Per fare un esempio, prendiamo gli atomi che costituiscono il nostro corpo. Essi si organizzano in macromolecole; le macromolecole si organizzano in cellule; le cellule si organizzano in vari tessuti; i tessuti danno luogo agli organi; infine si arriva all'intero corpo umano. I diversi livelli certamente interagiscono tra loro; ma in una prima approssimazione possono considerarsi come separati ed essere ciascuno studiato e trattato per suo conto. Faremmo ben pochi progressi se per esaminare un qualsiasi organismo vivente dovessimo analizzare ogni suo atomo: è evidente che in questi casi non sono applicabili i metodi della fisica atomica e della meccanica quantistica.

Naturalmente un livello veramente superiore di organizzazione nel corpo umano è il cervello, con i suoi miliardi di neuroni, che continuamente ristrutturano le loro connessioni (sinapsi) mediante l'informazione e l'apprendimento: un sistema complesso che le indagini neurologica, psichiatrica e psicologica sono ad oggi solo riuscite a sfiorare.

Perché poi fermarsi al singolo cervello individuale? Non e' la società con le sue istituzioni, i suoi costumi, la sua cultura un'organizzazione di livello ancora più alto del singolo individuo? Certamente lo studio dei sistemi complessi ha dinanzi a sé ancora un ricchissimo futuro, nel quale i vari livelli della ricerca umana s'intrecciano in modo quanto mai interessante e profondo.

Secondo la teoria dei sistemi autorefenziali, uno sviluppo dei sistemi mediante differenziazione avviene solo tramite autoriferimento: vale a dire che, nella costituzione dei loro elementi e nelle loro operazioni elementari, i sistemi fanno riferimento a loro stessi (a elementi e a operazioni del loro sistema, e alla unità di questo). Perché ciò avvenga i sistemi devono produrre e utilizzare una descrizione di se stessi; essi devono essere capaci di servirsi al loro interno della differenza tra sistema e ambiente come orientamento e come principio per la produzione di informazioni. Le varie forme di autoriferimento sono unite da una comune idea di fondo : l'autoriferimento è un correlato della pressione esercitata dalla complessità del mondo. Ovvero: non è possibile rappresentare, trattare, controllare in maniera adeguata la complessità del mondo, perché ciò produrrebbe di pari passo un aumento di tale complessità, in una regressione infinita, che invece l'autoriferimento evita.

I sistemi formati mediante autoriferimento di base si dicono autopoietici; essi sono sistemi chiusi, cioè utilizzano per la propria riproduzione unità già costituite entro il sistema; Humberto Marturana e Francisco Varela sono stati i primi a riconoscere, con la formulazione del concetto di autopoiesi, l'autorganizzazione quale discriminante tra vivente e non vivente. La società è il sistema per il quale non esiste alcun sistema che lo comprenda, e per il quale di conseguenza non è possibile nessuna comprensione dall'esterno, ma solo autoosservazione, autodescrizione e autochiarimento delle proprie operazioni.

Un sistema autoreferenziale con un elevato numero di componenti "non banali" avrà un gran numero di stati stabili che dipendono soltanto dalla sua struttura interna, che possiamo immaginare come organizzata in una gerarchia di livelli in comunicazione tra di loro. Questa gerarchia "intrecciata" non produce semplicemente autoregolazione bensì autoreferenzialità, perché non c'è una corrispondenza biunivoca fra i linguaggi dei diversi livelli.

Il concetto di "autorganizzazione" è strettamente connesso con l'autoreferenzialità, che ne è addirittura condizione necessaria; è questa la caratteristica che differenzia i sistemi viventi dalle macchine progettate per raggiungere scopi particolari. Al contrario di queste, l'organizzazione interna dei sistemi viventi è la premessa e simultaneamente il risultato dell'organizzazione stessa : il DNA contiene infatti l'informazione necessaria per la sintesi delle proteine, ma le proteine sono necessarie per realizzare questa sintesi e duplicare lo stesso DNA.

Secondo Varela e Marturana, "una macchina autopoietica continuamente genera e specifica la sua propria organizzazione operando come sistema di produzione dei suoi propri componenti, e lo fa in un turnover senza fine di componenti in condizioni di continue perturbazioni e di compensazione di perturbazioni".

È necessario ora capire in che cosa consista questo processo di apprendimento, cioè in che modo un sistema autorganizzatore possa passare da uno stato interno all'altro nell'ambito di una ricchissima molteplicità di stati stabili possibili e possa riprodurre invariata tale organizzazione interagendo con un ambiente esterno mutevole e imprevedibile. La stessa domanda si può porre se si passa dall'individuo singolo alla specie, e su scala temporale dall'arco della vita individuale a quello di un gran numero di generazioni successive, per quanto riguarda il processo evolutivo.

Varela distingue due concezioni dell'apprendimento: quella tradizionale-rappresentazionista, secondo cui gli organismi sono sistemi la cui evoluzione dinamica genera una corrispondenza fra il mondo esterno e la sua rappresentazione interna (sistemi eternonomi), e quella secondo cui invece gli organismi sono sistemi autonomi sui quali il mondo esterno agisce soltanto come perturbazione.

I comportamenti di questi ultimi sono la manifestazione di transizioni fra stati di coerenza interna strutturati autonomamente perché generati dalla ricorsività degli anelli autoreferenziali che connettono le componenti del sistema. Questo non significa che il sistema è isolato, bensì che l'universo dei suoi stati possibili non dipende dal mondo esterno ma è generato dalla condizione di autoconsistenza imposta ai modi di funzionamento delle sue diverse componenti dalle loro reciproche interconnessioni.

Va inoltre chiarito che le due visioni, eteronoma ed autonoma, non sono mutuamente esclusive, ma devono necessariamente essere integrate.

L'approccio rappresentazionista tradizionale consiste nell'assumere che il sistema nervoso funzioni a partire dal contenuto informativo delle istruzioni che provengono dall'ambiente, elaborando una rappresentazione fedele dell'ambiente stesso. Un diverso approccio invece consiste nel pensare che il sistema nervoso sia definito essenzialmente da differenti stati di coerenza interna, che risultano dalla sua interconnettività. La chiave di un sistema così strutturato è la sintesi e la diversità dei suoi autocomportamenti piuttosto che la natura delle perturbazioni che li modulano.

Lo stesso discorso può essere rapportato all'evoluzionismo : nella visione tradizionale l'ambiente è il filo conduttore che permette di comprendere la dinamica delle trasformazioni di una specie di generazione in generazione. Nell'accoppiamento per chiusura operazionale invece si assume che i diversi modi di coerenza interna di una popolazione animale siano il filo conduttore che permette di comprendere le trasformazioni filogenetiche. La successione di perturbazioni seguita da riorganizzazioni intese a mantenere la coerenza interna della popolazione ha per conseguenza dunque la generazione della diversità, cioè tutto il contrario dell'ottimizzazione dell'adattamento.

Ecco dunque vacillare la fede nel darwinismo propriamente detto, secondo cui i dettagli della morfologia di un organismo sono una collezione di tratti frutto di un adattamento ottimale a determinate condizioni ambientali. Essa dimentica infatti che l'unità non funziona come una somma di caratteristiche, ma come un tutto coerente.

Risultato ultimo è una modificazione della sensibilità e dell'epistemologia contemporanee, che sposta il significato della conoscenza da quello della formazione di un'immagine del mondo a quello della costruzione del mondo attraverso un processo di reciproca specificazione di un organismo e del suo ambiente che coemergono simultaneamente.

Secondo alcuni la complessità si origina dal rapporto tra soggetto e oggetto piuttosto che dalla struttura intrinseca dell'oggetto osservato. E' un approccio "quantistico" e quindi probabilistico, dove la complessità consiste nell'informazione mancante necessaria per avere una spiegazione esauriente e completa della formazione del sistema e del suo funzionamento. Tale informazione mancante è tanto maggiore quanto minore è la probabilità che il sistema sia arrivato in modo puramente casuale ad avere la sua organizzazione.

Nei sistemi particolarmente semplici è evidente la corrispondenza diretta tra la spiegazione riduttiva e quella simbolica. Per i sistemi complessi, invece, una regola che metta in relazione i due non si può dare; addirittura potremmo dire che sono complessi quei sistemi per i quali questa regola non c'è. In poche parole, non siamo in grado di mettere biunivocamente in corrispondenza gli stati microscopici del sistema con i comportamenti coerenti evidenziati dalle macrostrutture.

La struttura a livelli prevede che, sia per i sistemi complessi naturali che per quelli artificiali, tra i linguaggi degli strati inferiori e quelli dei superiori non vi sia corrispondenza, ma siano comunque tra loro vincolati. In pratica, le leggi che regolano la dinamica delle entità elementari che costituiscono il livello inferiore impongono dal basso vincoli di compatibilità sull'evoluzione delle grandezze del livello superiore, mentre queste ultime dall'alto selezionano gli stati dinamici microscopici ordinandoli in classi dotate di un significato che essi singolarmente di per sé non avrebbero.

L'interazione fra livelli causa la perdita dei confini tra l'uno e l'altro, e tale gerarchia intrecciata comporta che nessun livello possa dirsi superiore ad un altro.

A questo punto, considerando che non può esistere altra descrizione della complessità differente da quella dell'osservatore, dobbiamo chiederci se i livelli di organizzazione sono reali o sono dovuti invece al fatto che abbiamo tagliato la realtà a differenti livelli in conseguenza delle tecniche di osservazione di cui disponiamo. Nell'impossibilità di avere una visione globale del sistema, è il nostro cervello che monta assieme i dati provenienti dalle singole osservazioni; rimane però irrisolta la questione su come debbano essere rappresentate le articolazioni tra i livelli. Possiamo dunque riconoscere che è nelle articolazioni che si crea ogni nuovo significato, oppure possiamo tentare di scoprire una nuova tecnica che dia accesso a una data articolazione; così facendo creiamo un nuovo livello, ed apriamo una catena infinita che non ci porta ad alcuna conclusione valida.

In questo sistema gerarchizzato, l'osservatore rappresenta il livello di organizzazione superiore, che comprende cioè tutti i sistemi elementari che lo compongono.

L'osservatore è fondamentale, tutto parte da un osservatore.

Ma chi è che osserva?

Se cerchiamo l'osservatore all'interno del cervello non troviamo niente, solo neuroni che si scambiano segnali elettrochimici in un meccanismo inerte senza coscienza.