Il prossimo orizzonte della biologia

BIO – Medicina Costruzione Sociale nella Post-Modernità – Educational Papers • Anno X • Numero 37 • Marzo 2021

L’idea della conoscenza in biologia tra linguaggio comportamentista e linguaggio teleologico

Secondo studiosi come il filosofo John Dupré, la consulente in genetica umana Laura Hercher e, anche, la biologa Karen James e il primatologo Robert Sapolsky, ai biologi piacere pensare a sé stessi come a dei comportamentisti¹ propriamente scientifici. Da una tale prospettiva, infatti, i biologi hanno ritenuto di spiegare e prevedere i modi in cui proteine, organelli, cellule, piante, animali e l’intero biota² si comportano in varie condizioni, grazie alle loro conoscenza circa le parti più piccole di cui sono composti. Nelle loro attività di identificare meccanismi causali che eseguono in modo affidabile varie funzioni, come la copia del DNA, le difese degli antigeni, la fotosintesi, il discernimento dei gradienti di temperatura, la cattura della preda, il ritrovamento della strada di ritorno ai nidi e così via, i biologi, secondo il parere degli studiosi citati, non pensano che quest’attività di identificazione o di riconoscimento di funzioni li coinvolga, soggettivamente, in una teleologia,³ o attribuzione di ragioni e scopi, nella comprensione delle cellule e delle altre parti dei “meccanismi funzionali” che indagano. In breve, a quanto pare, i biologi tradizionali, come gli esperti di tante discipline che riguardano la salute umana, non si renderebbero conto che le condizioni sotto le quali si ottiene conoscenza scientifica e che gli stessi metodi per raggiungere tale conoscenza siano soltanto modelli interpretativi anziché un rispecchiamento nelle loro menti di una realtà conoscibile in modo concreto e obiettivo.

In questa storica auto-interpretazione del loro rigore scientifico, secondo Michael Levin, le cui ricerche si incentrano su filosofia della scienza, epistemologia, metafisica e filosofia del linguaggio, e Daniel Dennett, le cui ricerche si incentrano su filosofia della mente, filosofia della scienza e filosofia della biologia, in particolare nei campi relativi alla biologia evolutiva e alle scienze cognitive, i biologi sono rimasti molto male quando, più di 50 anni fa, la scienza cognitiva voltò le spalle al comportamentismo e iniziò ad occuparsi di segnali e mappe interne, obiettivi e aspettative, credenze e desideri. Dinanzi a questo cambio di paradigma nella costruzione sociale della conoscenza, i biologi risposero segnalando che le persone ed alcuni animali avevano una mente e un cervello e che tale mente anziché misteriosa e dualistica era una mente fisica che elaborava informazioni e guidava comportamenti mirati con uno scopo, puntualizzando, inoltre, che esistevano ugualmente organismi senza cervello, come i Tunicati⁴, e anche piante, funghi e microbi che non avevano mente. Al parere di David Dobbs, all’allontanamento dei cognitivisti dal comportamentismo, i biologi avrebbero resistito introducendo, nel loro lavoro teorico e nelle loro metafore di dubbia utilità quando insegnano o spiegano la loro scienza al pubblico laico, un linguaggio teleologico⁵ per denotare le intenzionalità degli organismi. Nella critica di Dobbs, Dupré, Hercher, James e Sapolsky alla teoria della conoscenza dei biologi, i geni non sarebbero per l’appunto egoisti, gli anticorpi propriamente non cercherebbero, le cellule non capirebbero per davvero dove si trovavano. Stando a loro, i meccanismi biologici non rappresenterebbero, precisamente, agenti con programmi di intenzioni e scelte, anche se si pensa a loro spesso come se fossero portati da intuizioni.

Anche studiosi come Michael Levin e Daniel Dennett ritengono che l’encomiabile cautela, cosiddetta scientifica, sia andata troppo oltre e che ha messo i biologi in una camicia di forza che impedisce loro di esplorare ipotesi più promettenti, proprio come il comportamentismo avrebbe impedito agli psicologi di vedere come il comportamento misurabile dei loro soggetti potesse essere interpretato come effetto di speranze, credenze, piani, paure, intenzioni, distrazioni e così via. Al riguardo, secondo Levin e Dennett, i biologi dovrebbero rilassarsi e vedere anche i benefici dell’antropomorfizzazione di ogni manifestazione del biota. Tra l’altro, sin dai progressi della cibernetica degli anni ‘40 e ‘50, gli ingegneri hanno avuto realmente una solida scienza pratica dei meccanismi con orientamento allo scopo senza che vengano accusati di praticare alcun misticismo o di essere intrappolati in un preconcetto.

Sicuramente non risulta difficile trovarsi d’accordo che attribuire uno scopo agli “organismi”, alle “cose fisiche” oppure alle “parti”, in modo disinvolto, possa costituire un errore cognitivo. Per esempio, le leggi del moto di Isaac Newton risultano ottimi strumenti concettuali per prevedere il percorso di una palla posizionata in cima a una collina ma sono inutili per conoscere cosa farà un topo in cima a una collina. Ugualmente, l’altro modo per commettere un errore cognitivo sarebbe, decisamente, non attribuire “orientamento allo scopo”⁶ ad un sistema che invero ce l’abbia. Una teleo-fobia cognitiva, che elimina la finalità funzionale, frenerebbe in modo significativo la capacità di prevedere e controllare sistemi complessi perché impedirebbe la scoperta dei loro controlli interni o punti di pressione più efficienti. A questo proposito, Levin e Dennett considerano che è da rifiutare un “essenzialismo semplicistico” in cui solo gli esseri umani avrebbero obiettivi “reali” e tutto il resto avrebbe solo obiettivi metaforici del tipo “come se“. I recenti progressi nella cognizione di base e nelle scienze correlate ci stanno proprio mostrando come superare questo tipo di pensiero tutto-o-niente circa l’animale umano. Dalla loro prospettiva basata sulla ricerca delle scienze cognitive questo superamento può avvenire naturalizzando le capacità cognitive umane e sostituendo un’ingenua distinzione binaria con un continuum di quanta capacità di agire [o di autodeterminazione] abbia un sistema.

Grazie a Charles Darwin, la biologia non deve più invocare un “designer intelligente” che avrebbe creato tutti quei meccanismi. L’evoluzione per selezione naturale avrebbe fatto – e starebbe presentemente facendo – tutto quel lavoro di raffinamento, focalizzazione e differenziazione. Da questa prospettiva, siamo tutti solo meccanismi fisici fatti di meccanismi fisici che obbediscono alle leggi della fisica e della chimica. Ma c’è una profonda differenza tra i meccanismi ingegnosi, come gli orologi, i motori e i computer per esempio, disegnati da progettisti umani intelligenti e i meccanismi “elaborati” e assemblati dalla selezione naturale. Un semplice esercizio di immaginazione, suggerito da Levin e Dennett, ci può aiutare a cogliere questa differenza.

Differenza tra meccanismi disegnati da progettisti umani e meccanismi elaborati e assemblati dalla selezione naturale

Proviamo ad immaginare di ordinare online un modellino di auto telecomandato che ci arriva in una grande scatola nel cui retro c’è scritto “Alcuni dei componenti di assemblaggio richiesti”. Quando apriamo la scatola, troviamo centinaia di parti diverse, nessuna etichettata e nessun libretto di istruzioni per aiutarci a mettere insieme i pezzi. Dobbiamo affrontare un compito arduo. La difficoltà sta nel non sapere cosa va dove. Un manuale di istruzioni scritto con cura, con schemi ed etichette su tutte le parti, ovviamente sarebbe di grande valore innanzitutto perché si potrebbero vedere i diagrammi ed eventualmente leggere le istruzioni e le etichette. Mettiamo il caso che ci fosse stato inviato il manuale di istruzioni in russo, diagrammi e schemi non sarebbero molto utili se non si sa leggere il russo. Ma per la nostra maggior perplessità poi troviamo un foglietto di carta che ci dice di mettere tutte le parti in una grande pentola d’acqua sul fornello, di scaldare l’acqua a ebollizione bassa e mescolare. Lo facciamo e con nostro stupore le parti iniziano a unirsi in gruppi piccoli e poi più grandi, con le linguette che trovano le loro fessure, i bulloni che trovano i loro fori e i dadi che ruotano su quei bulloni, il tutto spinto dall’incidentale turbolenta acqua bollente. In poche ore, il nostro modello di auto è assemblato e, una volta asciugato, funziona senza intoppi.

Una fantasia assurda, ovviamente, ma riecheggia il “fenomeno soprannaturale” della vita che prende un elenco di parti del DNA e un libro di istruzioni e, senza l’aiuto di alcun assemblatore intelligente, compone un nuovo organismo con milioni di parti mobili, tutte “regolarmente” attaccate l’una all’altra.

Si può dire, alla luce delle conoscenze odierne, che abbiamo già un resoconto brillante e dettagliato di come l’elenco degli ingredienti, cioè i geni delle proteine, venga letto ed eseguito, grazie a quelle “macchine straordinarie”, i ribosomi, le chaperonine e altri, e che si stano facendo grandi progressi su come il DNA stesso fornisca anche le “istruzioni di montaggio”.⁷ Tuttavia, questo percorso di ricerca dal basso verso l’alto, che ha avuto così tanto successo, forse non rivelerà, alla fine, i dettagli di tutti i processi che funzionano nella pentola immaginaria dell’acqua calda.

Levin & Dennett pensano che questo percorso di ricerca del basso verso l’alto ha fornito abbastanza conoscenza sull’assemblaggio dei sistemi viventi. Il grande progresso è stato principalmente nella scomposizione della materia fino al livello molecolare, invece la conoscenza dei livelli più alti, in realtà, non sarebbe così ricca. A loro parere, la conoscenza umana è ancora piuttosto povera nell’appurare la struttura anatomica o nel sapere come rimetterla in carreggiata, ad esempio nel cancro e questo, di fatto, sarebbe il motivo per cui non si disponga ancora di una vera medicina rigenerativa. Oggi, la conoscenza disponibile consente agli esperti di specificare il destino delle singole cellule staminali in laboratorio ma è ancora lontana dall’essere in grado di produrre organi complessi su richiesta. Per giungere ad un tale livello noi umani dovremmo imparare a comunicare con lo sciame cellulare, fornendo un semplice innesco, come il modello bioelettrico che dice “costruisci un occhio qui” e, quindi, lasciando che l’intelligenza del gruppo di cellule faccia il duro lavoro e si fermi quando l’organo è finito.

Quanto più adattabile è l’agente alla nostra interferenza tanto maggiore sarebbe la competenza che dimostrerebbe

Secondo Levin e Dennett, se ci atteniamo all’approccio dal basso verso l’alto, tutti gli sforzi fatti nell’ambito della bioingegneria si fermerebbero dopo che i frutti a bassa pendenza, come vesciche stampate in 3D e simili, siano stati raccolti. Infatti, secondo le previsioni della loro teoresi non arriveremo a gestire a livello macro i tipi di cellule in una mano o un occhio umano funzionale nel corso dei prossimi anni. Gli approcci di editing genomico non hanno ancora la più pallida idea di quali geni modificare per creare organi complessi necessari per la riparazione o il trapianto. Trattare le cellule come mattoni stupidi da microgestire, come fa la ricerca oggi con il suo approccio di scomposizione molecolare, può essere interpretato come qualcosa di simile a mettersi a giocare con le mani legate dietro la schiena e porta, nelle parole di Levin e Dennett, ad un “inverno genomico” se si resta esclusivamente a questo livello molecolare. La mancanza di progressi nel controllo morfogenetico razionale ce lo dimostra. Ad esempio, nonostante tutti i begli articoli di Science sulla regolazione basata sul DNA delle cellule staminali nelle planarie, nessuno dei modelli di biologia molecolare utilizzati in tali articoli può fare una previsione su questo semplice esperimento mentale⁸ seguendo l’immaginazione scientifica e filosofica di Levin e Dennet:

Si prenda un verme a testa piatta e gli si impianti 50% di cellule staminali di un tipo di verme a testa triangolare. Si lascia che le cellule staminali si mescolino e poi gli si taglia la testa. Che forma avremo quando si rigenererà? Cosa succederebbe quando un 50% delle cellule staminali volesse costruire una testa piatta e l’altro 50% volesse costruire una testa triangolare – vincerebbe un gruppo? Si potrebbe ipotizzare che otterremo una forma della testa ibrida? O forse continuerebbe a trasformarsi perché alcune cellule non sono mai abbastanza soddisfatte della forma della testa?

Stando a Levin e Dennett, i dettagli della biologia molecolare non possono consentire alcuna previsione di questo tipo perché affrontano domande a livello cellulare che non hanno davvero toccato il problema di come il collettivo cellulare decide quale grande forma costruire e come decide di fermarsi quando quella specifica forma verrebbe ritenuta funzionalmente completa. La ragione di questo limite è, a loro parere, che la questione della rappresentazione di forme anatomiche bersagli nel tessuto possa essere posta sperimentalmente (e lo è stata) solo quando si prenda sul serio che il collettivo cellulare abbia un livello di analisi di elaborazione delle informazioni non solo meccanico. Questa sarebbe, fondamentalmente, la posizione in cui si trovava la neuroscienza quando David Marr propose, nel suo storico libro Vision (1982)⁹, che il progresso sarebbe dipeso dall’investigazione di quello che lui chiamava livello computazionale, con cui intendeva il livello al quale si specificano compiti cognitivi in ​​modo che sia, pertanto, possibile individuare i processi informativi che possano eseguire tali attività.

In quest’ordine di ragionamento, pensare a parti di organismi come agenti, cioè come “entità capaci di scegliere in autonomia, individuare opportunità e cercare di portare a termine missioni” potrebbe essere rischioso, ma il guadagno nell’intuizione potrebbe, di fatto, essere grande. Levin e Dennet, al riguardo ci propongono di ipotizzare, ad esempio, di interferire con una cellula – o un gruppo di cellule – durante lo sviluppo, spostandola o tagliandola dai suoi vicini abituali per vedere se può riprendersi e svolgere il suo ruolo normale. Avrebbe una qualche cognizione di dov’è dopo essere tagliata o spostata? Cercherebbe di trovare le sue vicine o continuerebbe a svolgere il suo solito compito ovunque sia finita oppure troverebbe qualche altro lavoro da fare? In proposito loro¹⁰ postulano che quanto più adattabile sia l’agente alla nostra interferenza in laboratorio, tanto più competenza dimostrerebbe.

Infatti, quando si passa seriamente dalla dipendenza dell’analisi molecolare convenzionale, che tratta le cellule come mattoni stupidi da microgestire, a considerare il livello computazionale con il quale una cellula, in quanto “agente”, specifica cognitivamente il suo compito funzionale, altre domande plausibili emergono. Ad esempio, quando un tale agente “fa un errore”, che errore farebbe? Potrebbe essere tratto in “inganno” facendolo agire troppo presto o troppo tardi? Tali esperimenti, a livello dei tessuti e degli organi, sono, stando a Levin e Dennett, le controparti delle migliaia di esperimenti delle scienze cognitive che inducono a bizzarre illusioni o distorsioni o cecità locale, inducendo patologia, che forniscono indizi su come si realizza la “magia”, ma solo se si tiene traccia di ciò che gli agenti sanno e vogliono, cioè della loro attività computazionale cognitiva che poi si esprime in attività funzionale.

Ecco un altro modo semplice per pensare al problema della possibile capacità di scelta delle cellule. Una volta che le singole cellule primitive – le cellule staminali, ad esempio – sono nate, a quanto pare, si prendono cura del proprio ulteriore sviluppo, plasmando sé stesse e l’ambiente locale senza ulteriori istruzioni da parte dei genitori. Diventano piuttosto autonome, a differenza degli ingranaggi e dei pistoni insensati in un motore progettato in modo intelligente. Le cellule trovano la loro strada. La straordinaria domanda scientifica sarebbe allora quella di chiedersi cosa possa spiegare questo comportamento. Si potrebbe, ad esempio, immaginare che si tratti di qualcosa come una scia di briciole di pane, come nella trama di Hänsel e Gretel. Ciò sarebbe una singolare intuizione dell’immaginazione scientifica ma, in tal caso, le cellule devono essere abbastanza intelligenti da rilevarle e seguirle. Per Levin e Dennett ancora non lo sappiamo ma potremmo sperare in qualche spiegazione fisica relativamente semplice.

Un altro esperimento concettuale per aiutarci a comprendere meglio la possibile capacità di scelta delle cellule è considerare che sia tutto una questione di magneti! Immaginiamo che le parti [o i componenti, se si preferisce così la metafora per immaginare le cellule di un insieme] vengano spostate nelle rispettive case da, ehm, migliaia di varietà di attrazioni magnetiche regolate in modo diverso. Forse si potrebbero spiegare gli sforzi e i desideri apparenti delle cellule invocando alcune di queste forze fisiche deflazionistiche ma, stando a Levin e Dennet, purtroppo nessuna chance potrebbe essere accennata. Ad oggi, stando a loro non sono state scoperte forze fisiche multi-discriminatorie ma solo fondamentali e ci sono profonde ragioni teoriche per concludere che non possono esistere tali forze. Loro suggeriscono invece di sondare dei magneti virtuali dei software alla ricerca di intuizioni per spiegarci la possibile capacità di scelta delle cellule. In effetti, il modo in cui il cursore in Word può rimanere sulla sua destinazione e il modo in cui l’evidenziazione si aggrappa alle parole in una riga sono esempi di modesti magneti virtuali che funzionano trasmettendo informazioni.

Al riguardo, Levin e Dennett considerano che sia diventata pratica standard descrivere tali fenomeni con l’aiuto di locuzioni antropomorfiche e intenzionali. Di fatto, quando clicchiamo con il mouse, diciamo al cursore di afferrare la cosa sullo schermo e mentre muoviamo il mouse spostiamo la cosa sullo schermo finché segnaliamo al cursore di rilasciare l’oggetto facendo nuovamente clic con il mouse. Questo discorso sulla segnalazione e sull’elaborazione delle informazioni è ora chiaramente demistificato grazie ai computer: dietro non ci sono inspiegabili poteri psichici! Questo è stato visto correttamente per allargare l’utilizzo di questo linguaggio della tecnologia dell’informazione anche nel mondo della biologia. Rivelatori e segnali, circuiti di feedback e processi decisionali sono intesi come elementi costitutivi fisici non controversi della biologia odierna, proprio come lo sono nei computer. Sotto questo aspetto Levin e Dennett però segnalano che c’è una differenza che deve essere apprezzata, poiché il mancato riconoscimento sta bloccando l’immaginazione dei teorici. Dalla loro prospettiva teoretica è necessario riconoscere che le singole cellule non sono solo elementi costitutivi [building blocks], come le parti di base di un cricchetto o di una pompa, ma che le singole cellule hanno competenze extra che le trasformano in agenti (anche se irriflessivi) che, grazie alle informazioni che hanno “a bordo”, in effetti possono assistere nell’assemblaggio di strutture più grandi e in altri progetti su larga scala che esse non hanno bisogno di capire.

A questo proposito si può segnalare che noi, membri della specie Sapiens, tendiamo a dare per scontati i doni dell’ingegneria. Per migliaia di anni, i nostri antenati cercavano regolarità fisiche da sfruttare progettando strutture che potessero svolgere funzioni specifiche in modo affidabile. Basterebbero semplici domande per iniziare a ricavare una certa intuizione del tipo cosa renda buona una corda? una buona colla o anche cosa rende buono un accendifuoco? L’umile giunzione di vite e dado [dadi e bulloni] è uno sfruttamento, elegantemente progettato, di potere, flessibilità, resistenza alla trazione e attrito che si è evoluto nel corso di 2.000 anni e si è notevolmente perfezionato negli ultimi due secoli. Antropomorfizzando, si potrebbe postulare per estensione, stando a Levin e Dennett, che l’evoluzione per selezione naturale sia stata impegnata nella stessa ricerca a livello molecolare per miliardi di anni e tra le sue scoperte di funzioni specifiche affidabili ci sono oggi nel biota migliaia di strumenti molecolari che le cellule possono utilizzare per lavori specifici. Tra questi strumenti, metaforizzando, ci sono antenne o ganci con cui sfruttare le leggi della fisica e del calcolo.

Ad esempio, se capita di “essere” una cellula tra alcune cellule che ottengono una proteina appiccicosa, si ottengono immediatamente delle sfere annidate, con cellule ad alta adesione nel mezzo e cellule a bassa adesione all’esterno. Nessuno può dirigere questo processo. Si tratta di una conseguenza delle leggi della fisica. Questi quartieri strutturati sono inaccessibili se non si hanno le proteine ​​giuste per sfruttarli. Se si è parte di un organismo multicellulare e le relative cellule producono particelle ferrose che dispongono in allineamento, improvvisamente si può partecipare a una forza che spinge al Nord Magnetico. Prima il campo magnetico era invisibile per tale cellula, ma disponendo delle proteine ​​giuste in un modo particolare, di colpo, ottiene una competenza completamente nuova, gratuitamente. Se scopre un canale ionico, improvvisamente può partecipare a tutti i tipi di dinamiche elettriche. Se ottiene il giusto tipo di canali ionici, ottiene immediatamente un ciclo di feedback che le dà una memoria bioelettrica, e altri canali le danno porte logiche NOT e porte logiche AND¹¹, che le consentono di realizzare qualsiasi tipo di funzione booleana, dandole modi per sfruttare le leggi della logica o del calcolo. Queste non sono propriamente leggi fisiche ma pattern computazionali matematici e non è necessario capirle per sfruttarle. Tutto ciò di cui la cellula avrebbe bisogno sarebbe di evolvere proteine ​​che permettano ai suoi sottosistemi di accoppiarsi a queste dinamiche. Si può dire che è come i tanti modi di fare aritmetica: con numeri romani disegnati con un bastone nella sabbia, o numeri arabi scritti a matita su un pezzo di carta, o con palline sulle asticciole di un abaco, o con il flip-flop in un computer. Qualunque sia il supporto materiale, se è in grado di mantenere i risultati “in memoria” mentre vengono eseguiti ulteriori calcoli, può trovare e utilizzare le informazioni rilevate dalle antenne.

Le parti stesse devono incarnare il know-how per trovare il posto giusto e svolgere il proprio lavoro

Sotto questo aspetto è importante realizzare, come sottolineano Levin e Dennett, che “la parte”, sia essa una singola cellula oppure un organismo multicellulare o anche un organo o un tessuto in un organismo multicellulare, è dotata di competenze informative riguardanti gli elementi di base delle strutture di elaborazione delle informazioni. Gli agenti, in questa prospettiva teoretica, non hanno bisogno di essere coscienti, non hanno necessità di capire, non dovono avere mente. In effetti, essi dovrebbero soltanto essere strutturati per sfruttare le regolarità fisiche che consentirebbero loro di utilizzare le informazioni (seguendo le leggi del calcolo) per svolgere compiti, a cominciare dal compito fondamentale dell’autoconservazione, che implicherebbe non solo il fornire a sé stessi l’energia necessaria per maneggiare i propri strumenti, ma la capacità di adattarsi ai propri ambienti locali in modi che ne anticipino le prospettive.

Se dopo queste considerazioni riguardo la capacità di agire della cellula, cioè della cellula come agente, torniamo al nostro modellino di auto auto-assemblante, allora possiamo chiederci dove risieda il know-how per far sì che l’auto-assemblaggio delle parti si materializzi. Comprensibilmente dovremo risponderci che risiede nelle parti. Di sicuro non nelle molecole d’acqua che rimbalzano casualmente e non c’è alcun altro intervento nell’ambiente. Perciò siamo costretti ad assumere che le parti stesse debbano, in qualche modo, incarnare il know-how per trovare il posto giusto e svolgere il proprio lavoro. Le parti, infatti, possono essere trattate come agenti con competenze che non hanno bisogno di comprendere. Proprio come Darwin ha mostrato come sostituire il prodigioso lavoro intellettuale del Progettista Intelligente con una cascata, appena immaginabile, di trilioni di repliche differenziali di organismi che, senza sapere o intendere nulla, avrebbero, evolutivamente, elaborato tutte le eleganti disposizioni della natura, così ora possiamo sostituire l’Intelligent Assembler (che leggerebbe il manuale di istruzioni scritto dall’Intelligent Designer, se ce ne fosse uno) con un processo dal basso verso l’alto che distribuisce tutto l’ingegno richiesto in buone caratteristiche di organizzazione, cioè di competenze, a centinaia di livelli.

Per fare un altro esempio in tal senso, le cellule coniche sulle retine non sanno solo come trasdurre¹² i fotoni in tre curve di sensibilità, sanno, ugualmente, come attaccarsi ai neuroni giusti per metterli in contatto indiretto con le reti neurali che realizzano la visione negli organismi vedenti. Ma a differenza dell’assemblatore intelligente che, leggendo il libro di istruzioni, saprebbe come collegare i fari dell’auto modello nella parte anteriore alla batteria nella parte posteriore, la conoscenza della cellula conica è, paradossalmente, miope all’estremo. Il suo Umwelt [o universo soggettivo]¹³ è microscopico. Antropomorfizzando, si può dire che si tratta di un idiot savant, con alcuni talenti sorprendenti ma senza alcuna intuizione di auto-comprensione di quei talenti. Ma grazie alla comunicazione – segnalazione – con i suoi vicini, può contribuire con la propria competenza locale a un sistema distribuito che ha capacità guidate dalle informazioni a lungo raggio sia nello spazio che nel tempo.

Eppure sembra esserci un problema fondamentale qui. L’evoluzione si baserebbe sul principio dell’egoismo, di conseguenza, come potrebbero i sistemi viventi complessi implementare gli obiettivi di gruppo verso i quali le loro subunità cellulari funzionerebbero? Come potrebbe mai una tale cooperazione derivare dalle azioni di agenti riproduttori egoisti? Alla ricerca di una qualche intuizione si potrebbe considerare lo “strumento di pensiero”¹⁴ che è stato utilizzato dagli studiosi per interpretare questo enigma per decenni, vale a dire il Dilemma del Prigioniero (DP), come esposto già nel 1995 dallo stesso Daniel Dennett nel suo libro Darwin’s Dangerous Idea.¹⁵

La paradossale collaborazione tra agenti egoistici, insita nell’idea dell’evoluzione, esemplificata attraverso l’esperimento mentale del Dilemma del Prigioniero

Nella teoria dei giochi, disciplina della matematica applicata che studia e analizza le decisioni individuali di un soggetto in situazioni di conflitto o interazione strategica con altri soggetti rivali finalizzate al massimo guadagno di ciascuno, l’esempio più noto è proprio il Dilemma del Prigioniero¹⁶. Si tratta del noto “gioco” che vede coinvolte due persone imprigionate per porto abusivo di armi e chiuse in celle non comunicanti in attesa del processo. Il pubblico ministero offre a ciascuna delle due, separatamente, due scelte: collaborare, oppure non collaborare. Viene inoltre spiegato loro che: se solo una delle due collabora accusando l’altra, chi avrebbe collaborato eviterebbe la pena; l’altra verrebbe però condannata a 7 anni di carcere; se entrambe si accusassero l’una all’altra, verrebbero entrambe condannate a 6 anni; se nessuna delle due collaborasse, entrambe verrebbero condannate a 1 anno, perché comunque già colpevoli di porto abusivo di armi. La miglior strategia di questo gioco non cooperativo sarebbe, paradossalmente, “collabori, collabori” perché nessuna saprebbe cosa sceglierebbe di fare l’altra. Per ognuna delle due lo scopo sarebbe, infatti, di minimizzare la propria condanna. Ognuna delle persone prigioniere, collaborando, rischia 0 o 6 anni, non collaborando, rischia 1 o 7 anni. La strategia “non collaborare” si troverebbe strettamente dominata dalla strategia “collabori”. Eliminando le strategie strettamente dominate si arriverebbe teoricamente all’equilibrio di Nash, dove le due persone prigioniere collaborerebbero e avrebbero 6 anni di carcere. Il risultato migliore per le due, chiamato “ottimo paretiano“, sarebbe naturalmente di non collaborare (1 anno di carcere invece di 6), ma questo non costituirebbe un equilibrio. Supponiamo che le due si siano promesse di non collaborare in caso di arresto. Sono ora rinchiuse in due celle diverse e si domandano se la promessa sarà mantenuta dall’altra; se una delle due persone prigioniere non rispettasse la promessa e l’altra sì, la prima verrebbe allora liberata. C’è dunque un dilemma: collaborare o non collaborare. La teoria dei giochi ci dice che c’è un solo equilibrio: “collabora, collabora”. Infatti, se solo potessero superare il ragionamento del proprio vantaggio e collaborare finirebbero entrambi con condanne di “ottimo paretiano”, il quale si realizza quando non si può migliorare la condizione di un soggetto senza peggiorare la condizione di un altro.

Questo riferimento alla Teoria dei Giochi, in particolare al Dilemma del Prigioniero, consiste in un accorgimento per cercare di comprendere il paradosso insito nella teoria dell’evoluzione, che la vuole radicata nel principio dell’egoismo e, in contemporanea, basata sulla cooperazione. In questo caso anziché due persone dobbiamo immaginarci una griglia di agenti (cellule) con ognuno che gioca il Dilemma contro i suoi vicini. Il modo tradizionale di pensare a questo sarebbe che il numero di agenti sia fisso, che siano permanentemente distinti e che l’unica cosa che varia e si evolve è la politica che ciascuno usa per decidere di cooperare o disertare contro i suoi vicini. Immaginiamo che nell’evoluzione capiti una proteina speciale, chiamiamola connexina, che consentirebbe a due cellule vicine di connettere direttamente i loro ambienti interni tramite una sorta di tunnel attraverso il quale potrebbero passare piccole molecole. In questa congettura di Levin e Dennett, l’avvenimento nell’evoluzione di questo tipo di proteina consentirebbe al sistema dove essa capitasse di sfruttare una dinamica notevole.

Infatti, se due cellule collegano le loro “interiora”, ciò garantisce che i nutrienti, i segnali di informazione, i veleni, ecc. siano rapidamente ed equamente condivisi. Fondamentalmente, questa fusione implementa una sorta di “karma” immediato: qualunque cosa accada a un lato dell’agente composto, buono o cattivo, influisce rapidamente sull’altro lato. In queste condizioni, una parte non può ingannare l’altra o ignorare i suoi messaggi e risulterebbe assolutamente disadattivo per una parte fare qualcosa di male all’altra perché ora condividono le fionde e le fortune della vita. In questa prospettiva, la perfetta collaborazione verrebbe assicurata dall’impossibilità di ingannare e dalla cancellazione dei confini tra gli agenti. Nella interpretazione di Levin e Dennett, la chiave qui sarebbe che la cooperazione non richiederebbe alcuna eradicazione dell’egoismo. Gli agenti rimangono egoisti al 100% come prima, gli agenti si prendono cura sempre del Numero Uno ma i confini del Numero Uno, il Sé che difendono a tutti i costi, si sono radicalmente ampliati, forse ad un’intera scala di tessuti o organi.

L’idea della collaborazione tra agenti egoistici esemplificata attraverso l’idea dell’amplificazione dei confini e delle identità individuali

Con quest’ipotizzata ampliazione dei confini individuali, la rete fisiologica cancellerebbe, sostanzialmente, i confini tra agenti più piccoli, formando una sorta di super-agente in cui l’”identità individuale” di quelli originali risulterebbe difficile da mantenere. Naturalmente, non si tratta di confini anatomici ma fisiologici o funzionali che delimiterebbero i compartimenti computazionali all’interno dei quali i dati scorrono apertamente. Ciò avrebbe enormi implicazioni dal punto di vista della teoria dei giochi. Le informazioni, vale a dire la memoria, sarebbero ora condivise dal collettivo o meglio, questa condivisione sarebbe una delle ragioni principali per connettersi al proprio vicino dal momento che si ricevere in eredità, gratis, il beneficio del loro apprendimento e della storia passata per cui hanno già pagato in sforzo metabolico adattivo.

L’altra cosa sorprendente che, stando a Levin e Dennett, accadrebbe, immaginando che le cellule collegano le loro reti di segnalazione interne, sarebbe che i valori fisiologici¹⁷, che servirebbero come obiettivi primitivi nei cicli omeostatici cellulari, e i processi di misurazione, che rileverebbero deviazioni dall’intervallo corretto, verrebbero entrambi scalati. Nei collettivi di grandi cellule, queste sarebbero ridimensionate in modo massiccio sia nello spazio, su una scala di tessuti o organi, sia nel tempo, cioè nella loro capacità di memoria e anticipazione più grandi, perché la rete combinata di molte cellule avrebbe una capacità di calcolo enormemente superiore alla somma delle singole abilità delle cellule. Ciò significherebbe che i loro obiettivi, cioè gli stati fisico-chimici che fungerebbero da attrattori nel loro spazio stato, sarebbero anche scalati dai piccoli obiettivi omeostatici fisiologici delle singole cellule all’omeostasi anatomica, molto più grande di rigenerazione e sviluppo, la quale potrebbe raggiungere l’esatta morfologia target da tutti i tipi di strane configurazioni di partenza, nonostante le massicce perturbazioni esterne lungo il percorso. Stando alla teoria di Dennet che spiegherebbe l’evoluzione della mente a partire dai batteri, questo modello di collegamento di reti cellulari di segnalazioni sarebbe il sistema che, in seguito nell’evoluzione, sarebbe stato cooptato per l’attività ancora più ampia e più veloce diretta all’obiettivo del cervello, poiché le antiche sinapsi elettriche (giunzioni di gap basate sulla connessione) si sarebbero evolute in moderne sinapsi chimiche e le cellule (che utilizzavano la segnalazione fisiologica per orchestrare la morfogenesi) sarebbero diventati neuroni allampanati ottimizzati per la velocità.

La questione delle reti fisiologiche che cancellano i confini tra gli agenti getta luce sul problema della cooperazione e il problema dell’origine delle menti unificate incarnate in uno sciame (di cellule, di formiche, ecc.) che risultano strettamente correlate. La dinamica chiave che l’evoluzione avrebbe messo in essere sarebbe un tipo speciale di comunicazione che consente l’accesso privilegiato degli agenti (cellule, proteine, ecc.) allo stesso pool di informazioni, sistema di comunicazione o segnalazione che, a sua volta, avrebbe reso possibile scalare i sé, utilizzando il termine preso a prestito solo come metafora. In questa prospettiva interpretativa, questo ha dato il via al continuum dell’aumento delle capacità di scelta delle cellule. Questo, però, attenendoci a Levin e Dennett, ha anche implicazioni mediche. Al riguardo, la supposizione è che impedire questa comunicazione fisiologica all’interno del corpo, chiudendo le giunzioni dei gap o, semplicemente, inserendo pezzi di plastica tra i tessuti, avvierebbe il cancro, vale a dire un ritorno localizzato a un antico stato unicellulare in cui il confine del sé è solo la superficie di una singola cellula e il resto del corpo diventa solo “ambiente” dal suo punto di vista, da sfruttare egoisticamente. Secondo Levin e Dennet, in base alla ricerca disponibile ora si sa che forzare artificialmente le cellule a tornare in connessione bioelettrica con i loro vicini può normalizzare tali cellule tumorali, spingendole di nuovo nell’obiettivo collettivo del sostentamento e mantenimento dei tessuti.

Continuando a fare riferimento a Levin e Dennett, un’importante implicazione di questa visione di un sistema di segnalazione che consente alle cellule l’accesso allo stesso pool di informazione è che la cooperazione riguarda meno la parentela genetica e molto di più l’interoperabilità fisiologica. Riguardo all’interoperabilità fisiologica si può segnalare che per tutto il tempo che l’hardware sia sufficientemente buono da consentire comunicazioni fisiologiche di questo tipo, i dettagli esatti non sono importanti quasi quanto le dinamiche omeostatiche multi-scala garantite dalle leggi della fisica e del calcolo. Ad esempio, a differenza di noi umani, i cui figli non ereditano le mutazioni che si verificano nel nostro corpo durante la nostra vita, i cosiddetti vermi piatti o planarie¹⁸ spesso si riproducono per fissione¹⁹ e rigenerazione. Ciò significa che hanno un’eredità somatica, vale a dire che ogni mutazione che non uccide la cellula staminale viene propagata nelle generazioni successive mentre la cellula staminale si riproduce per aiutare a riempire la metà mancante del verme. I loro genomi portano la prova di questo accumulo di spazzatura in 400 milioni di anni: sono un disordine totale. Di fatto, non abbiamo ancora un corretto assemblaggio del genoma per la Dugesia japonica e i vermi sono mixoploidi, vale a dire non hanno nemmeno tutti lo stesso numero di cromosomi! Eppure, le planarie sono i rigeneratori campioni, che realizzano esattamente la stessa anatomia ogni volta che vengono tagliati: fedeltà al 100% nonostante il disordine di un genoma. Questo è ciò che gli informatici chiamano indipendenza dall’hardware e, metaforicamente, si potrebbe dire che entro un’ampia tolleranza, lo stesso software di creazione del verme può essere eseguito su un altro hardware molecolare molto diverso perché il software è estremamente robusto e diretto a costruire lo stesso risultato su larga scala qualunque cosa serva per raggiungerlo, vale a dire informare alle diverse cellule cosa fare per arrivare all’obiettivo.

Certamente, a questo punto potremmo domandarci ma, come fanno le cellule “giuste” a “capire” di chi debbano fidarsi come partner? Infatti, con i nostri modelli di intendere e i nostri strumenti di osservazione non vediamo, per l’appunto, ogni cellula collaborare con ogni altra cellula che è sua vicina. Di conseguenza, anche qui si potrebbe riproporre il modello del dilemma del prigioniero oppure si potrebbe ragionare facendo riferimento ad una sorta di processo darwiniano per tentativi ed errori che si concentra sulle migliori giunzioni cellulari²⁰ a cui impegnarsi. E tuttavia, ci rimane la domanda di come possono le singole cellule “informare” le altre da che parte girare. Senz’altro, dalla conoscenza in materia si sa che, a livello cellulare, la maggior parte di loro può accoppiarsi con la maggior parte delle altre cellule. Ciò che determina come ciò avvenga è il software fisiologico, che determina se le gap junction tra due cellule qualsiasi siano aperte o meno. Sorprendentemente, il software fisiologico sembra non sia “cablato” e nemmeno “firmware”. Queste giunzioni di gap, stando agli studiosi, hanno (come le sinapsi) una memoria e sono influenzate dagli stati precedenti delle cellule.

Poiché le cellule possono essere interpretare come conduttori di corrente voltaggio-dipendenti, esse sono, in effetti, transistori, e si conosce ormai quanto siano potenti i transistori come elemento base della memoria, dei circuiti o cicli di feedback (omeostasi di base o amplificazione) e del processo decisionale coordinato. Considerate da questa prospettiva, le cellule avrebbero delle “politiche” per unirsi ad altre cellule basate sulla condivisione di nutrienti e sulla diluizione delle tossine, trucco appreso dai proto-corpi dei biofilm batterici, nonché sulla condivisione di informazioni che consentono previsioni migliori e, perciò, il successo omeostatico. In effetti, si uniscono persino alle dissidenti in un processo noto come normalizzazione: qualsiasi cellula che sia fisiologicamente aberrante sperimenterà il tentativo dei vicini di portarla nel piano fisiologico su larga scala dalle sue cellule vicine semplicemente cercando di mediare il suo voltaggio, per esempio, tramite le connessioni gap-giunzionali.

Questa ci appare chiaramente come una storia meccanicistica ragionevole ma, allora, non sarà che tutti i discorsi circa la memoria, il processo decisionale, le preferenze e il comportamento guidato dagli obiettivi non siano solo che antropomorfismi? Ragionando in questo modo, a parere di Levin e Dennett, molti vorrebbero sostenere, dunque, che la cognizione reale sia ciò che fa il cervello e che ciò che accade in biochimica sembra qualcosa di simile al ragionamento di tipo meccanicistico oppure teleologico del cervello. Al riguardo, Levin e Dennett propongono un’inversione di quest’idea comune. Il punto non è antropomorfizzare la morfogenesi, il punto è, invece, naturalizzare la cognizione. A loro parere, non c’è niente di prodigioso che gli umani o altri animali “ingegnosi” facciano che non abbia una storia filogenetica. Le implicazioni di considerare una prospettiva di naturalizzazione della cognizione comporta che prendere seriamente l’evoluzione significa chiedersi com’era la cognizione fin dall’inizio. Per di più, i dati odierni nel campo della cognizione di base rendono impossibile mantenere una dicotomia artificiale tra cognizione “reale” e “come se”. Ci sarebbe invece un continuum lungo nel quale tutti i sistemi viventi possono essere collocati rispetto a quanta valutazione cognitiva possano fare.

Per iniziare a considerare l’intuizione che propone che tessuti, cervelli, animali e sciami formino vari tipi di “menti” che possono raggiungere obiettivi più grandi, si può, ad esempio, ricordare che, mentre le storie più popolari su come le cellule cooperano verso obiettivi enormi riguardano le cellule neurali, ci sarebbe poca differenza fondamentale tra i neuroni e altri tipi di cellule. Infatti, è ormai noto che le proteine ​​sinaptiche, i canali ionici²¹ e le giunzioni di gap, ad esempio, erano già presenti nei nostri antenati unicellulari e venivano usati dalle cellule elettricamente attive per coordinare le azioni nel morfo-spazio anatomico (rimodellamento e sviluppo) molto prima che fossero cooptate per gestire un’attività più veloce nello spazio tridimensionale. Per di più, come segnalano Levin e Dennett, se si è d’accordo sul fatto che esisterebbe un meccanismo mediante il quale le cellule elettricamente attive possono rappresentare ricordi passati, controfattuali futuri e obiettivi su larga scala, non ci sarebbe motivo per cui le reti elettriche non neurali non farebbero una versione semplificata della stessa cosa per realizzare omeostasi anatomica. A tale proposito, la ricerca sostiene che la filogenetica ha reso molto chiaro che i neuroni si sono evoluti da tipi di cellule molto più semplici e che alcuni dei trucchi ottimizzati per la velocità del cervello si sono evoluti intorno al tempo dei biofilm batterici²², essendo il trucco più grande il ridimensionamento in reti che possono rappresentare stati obiettivi progressivamente più grandi e coordinare il circuito Test-Operate-Test-Exit²³ attraverso i tessuti. La cognizione è stata una lenta salita, non un salto magico, lungo questo percorso.

L’orizzonte cognitivo del sistema

Seguendo l’argomentazione di Levin e Dennett circa il paradigma cognitivo dei biologi, il punto centrale sui sistemi cognitivi, indipendentemente dalla loro declinazione materiale (inclusi animali, cellule, forme di vita sintetiche, intelligenza artificiale e possibile vita aliena) è che questi sistemi sanno come rilevare, rappresentare come ricordi, anticipare, decidere e – soprattutto – tentare di influenzare. Queste abilità o capacità possono essere concettualizzate come l’orizzonte cognitivo del sistema. Un modo per classificare e confrontare i sistemi cognitivi, sia artificiali che evoluti nella selezione naturale, semplici o complessi, consiste nel mappare la dimensione e la forma degli obiettivi che può supportare, vale a dire la capacità di rappresentare e lavorare verso qualcosa. Questo postulato implica una affascinante intuizione, cioè che la mente di ogni agente comprenderebbe una sorta di spazio virtuale di possibili eventi passati e futuri. La sua estensione spaziale sarebbe determinata da quanto lontano l’agente possa percepire ed esercitare azioni. Dunque, l’abilità di agire di un agente sarebbe connessa al fatto se conosce e agisce per controllare eventi entro 1 cm di distanza, o metri o miglia di distanza, per fare un esempio. La dimensione temporale sarebbe stabilita da quanto tempo può ricordare e quanto avanti può anticipare, vale a dire, a titolo di esempio, se può lavorare per cose che accadranno a pochi minuti dal presente, a giorni dal presente o a decenni dal presente.

Gli esseri umani, ovviamente, hanno orizzonti cognitivi molto ampi, a volte lavorano duramente per cose che accadranno molto tempo dopo che se ne saremo andati, in luoghi lontani. I vermi, ad esempio, funzionano solo per obiettivi molto locali e immediati. Altri agenti, naturali e artificiali, possono trovarsi ovunque nel mezzo. Questo modo di tracciare l’orizzonte cognitivo di qualsiasi sistema costituisce una sorta di diagramma spazio-temporale analogo ai modi in cui la fisica relativistica rappresenta il cono di luce di un osservatore – limiti fondamentali su ciò con cui ogni osservatore può interagire, tramite influenza o informazione. Ad esempio, gli obiettivi omeostatici delle singole cellule hanno all’incirca le dimensioni di una cellula e hanno una memoria e una capacità di anticipazione limitate. I tessuti, gli organi, il cervello, gli animali e gli sciami (come i formicai) formano vari tipi di menti che possono rappresentare, ricordare e raggiungere obiettivi più grandi. Questo schema concettuale ci consente di guardare oltre i dettagli irrilevanti dei materiali o il retroscena della loro costruzione e di concentrarci su ciò che è importante per essere un agente cognitivo con un certo grado di sofisticazione, vale a dire la scala dei suoi obiettivi. Gli agenti possono unirsi in reti, ridimensionando i loro piccoli obiettivi locali in quelli più grandiosi appartenenti a un Sé più ampio e unificato. E, naturalmente, qualsiasi agente cognitivo può essere composto da agenti più piccoli, ciascuno con i propri limiti sulla dimensione e la complessità di ciò per cui stanno lavorando.

Da questa prospettiva, possiamo raffigurarci il piccolo contributo cognitivo di una singola cellula come le previsioni cognitive di uno scout umano solitario che esplora nuovi territori, ma anche alla tribù degli scout, che ha fornito molta educazione e supporto, grazie al linguaggio, e infine a un team di scienziati e altri pensatori che uniscono il loro know-how per esplorare, grazie a nuovi strumenti, l’intero cosmo e persino gli spazi astratti della matematica, della poesia e della musica. Invece di considerare il “genio” umano come una sorta di scatola nera, fatta di cose magiche e intelligenti, possiamo reinterpretarlo come un’espansione esplosiva della sacca di trucchi meccanici, ma cognitivi, individuati dalla selezione naturale nel corso di miliardi di anni. Distribuendo l’intelligenza nel tempo (eoni di evoluzione, anni di apprendimento e sviluppo e millisecondi di calcolo) e nello spazio (non solo cervelli intelligenti e neuroni intelligenti ma tessuti e cellule intelligenti ed enzimi e ribosomi di correzione di bozze) i fatti incomprensibili della vita possono essere unificati in un’unica visione mozzafiato per il nostro comune livello di attenzione al riguardo.

______________Note _________________

1 Comportamentismo: approccio sviluppato da Watson agli inizi del Novecento, basato sull’assunto che il comportamento esplicito dell’individuo sia l’unica unità di analisi scientificamente studiabile della psicologia, avvalendosi del metodo stimolo (ambiente) e risposta (comportamento), in quanto direttamente osservabile dallo studioso. I costrutti teorici utilizzati fino a quel momento dagli strutturalisti e dai funzionalisti sembravano a Watson troppo esposti al rischio di soggettivismo; l’unica possibilità, secondo lui, per giungere ad uno studio scientifico del comportamento umano consisteva nell’elidere a priori il costrutto teorico di mente, per focalizzare la ricerca sperimentale solo sui comportamenti manifesti.

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