Perché l'evoluzione non è casuale

Questo è il secondo post di una serie dedicata al libro di Richard Dawkins "L'orologiaio cieco: come l'evidenza dell'evoluzione rivela un universo privo di un progettista consapevole". La traduzione del libro è mia e differisce da quella in libreria. Per visualizzare tutti i post della serie, fai clic sull'etichetta "L'orologiaio cieco" oppure sull'etichetta "evoluzione", nella colonna laterale del blog.

In questo episodio, Dawkins si rivolge alle persone che credono erroneamente che l'evoluzione sia un fenomeno casuale -- cioè che la teoria dell'evoluzione affermi che i complessi oggetti biologici sono venuti alla luce 'per caso'. Dawkins chiarisce che l'evoluzione è l'esatta antitesi del caso. A tale scopo ci mostra un esempio pratico di evoluzione, dopo il quale sarà evidente al lettore che, sebbene le singole mutazioni siano casuali, il prodotto finale dell'evoluzione è tutt'altro che casuale. Nel finale, Dawkins dà inoltre delle condizioni necessarie perché qualunque tipo di evoluzione possa avere inizio.

Ho saltato per ora la fine del capitolo 1 (in cui Dawkins definisce il concetto di "semplice" e "complesso" e che cosa significa "spiegare" un fenomeno) e il capitolo 2 (in cui Dawkins descrive il sorprendente funzionamento del sonar dei pipistrelli). Andiamo al capitolo 3. La parola a Dawkins.

Capitolo 3. L'accumulazione di piccoli cambiamenti

Abbiamo visto che le cose viventi sono troppo improbabili e troppo meravigliosamente "congegnate" per essere nate per caso. Allora, come sono nate? La risposta, scoperta da Darwin, è che sono nate per mezzo di trasformazioni graduali, passo-passo, a partire da entità primitive abbastanza semplici da poter nascere per caso. In questa serie graduale di cambiamenti successivi, ogni singolo cambiamento è stato abbastanza semplice, rispetto al suo predecessore, da poter nascere per caso. Ma la sequenza intera di questi passi cumulativi costituisce un processo tutt'altro che casuale [..]. Infatti il processo cumulativo è guidato dalla sopravvivenza non casuale. Lo scopo di questo capitolo è illustrare il potere di questa selezione cumulativa come processo non casuale.

Se cammini su e giù per una spiaggia di ciottoli, noterai che i ciottoli non sono disposti in modo casuale. I ciottoli più piccoli tendono a trovarsi in zone circoscritte che corrono per la lunghezza della spiaggia, mentre quelli più grandi si troveranno in zone, o strisce, diverse. Questi ciottoli sono stati ordinati, arrangiati, selezionati. Una tribù che vivesse vicino alla spiaggia potrebbe meravigliarsi di fronte a questa evidenza di ordine del mondo, e potrebbe sviluppare una mitologia per darne conto, magari attribuendo quell'ordine ad un grande spirito nel cielo dotato di una mente ordinata e un senso di rigore. Potremmo sorridere con superiorità di fronte a una simile superstizione, e dir loro che quella disposizione è stata prodotta in realtà dalle cieche forze della fisica, in questo caso dall'azione delle onde. Le onde non hanno nessuno scopo o intenzione, nessuna mente ordinata, anzi nessuna mente e basta. Esse semplicemente rimescolano i ciottoli con forza, e i ciottoli grandi e i ciottoli piccoli rispondono in modo diverso a questo trattamento, così che terminano in posti diversi della spiaggia. Una piccola quantità di ordine è sorta spontaneamente dal disordine, e nessuna mente l'ha pianificata.

Le onde e i sassolini, messi insieme, costituiscono un esempio semplice di sistema che genera automaticamente non-casualità. Il mondo è pieno di sistemi di questo genere. L'esempio più semplice che mi viene in mente è un buco. Solo gli oggetti più piccoli del buco possono passare attraverso di esso. Questo significa che se si parte da un insieme casuale di oggetti sopra al buco, e qualche forza li scuote in modo casuale, dopo un po' gli oggetti sopra il buco e quelli sotto si troveranno ad essere ordinati in modo non casuale. Lo spazio sotto il buco tenderà a contenere oggetti più piccoli del buco, e lo spazio sopra tenderà a contenere oggetti più grandi del buco. L'umanità, naturalmente, ha imparato da tempo a sfruttare questo semplice principio per generare non casualità, con il dispositivo noto come setaccio.

Il sistema solare è un'organizzazione stabile di pianeti, comete e detriti in orbita intorno al sole, ed è presumibilmente solo uno di molti sistemi simili orbitanti nell'universo. Più vicino al sole un satellite si trova, più velocemente esso deve viaggiare per poter contrastare la gravità del sole e rimanere in un'orbita stabile. Per ogni data orbita, c'è soltanto una velocità a cui un satellite può viaggiare e rimanere in quell'orbita. Se stesse viaggiando a qualunque altra velocità, fuggirebbe via nello spazio profondo, oppure precipiterebbe nel sole, oppure si sposterebbe in un'altra orbita. Se guardiamo i pianeti del nostro sistema solare scopriamo che -- guardacaso -- ognuno di loro sta viaggiando esattamente alla giusta velocità per mantenersi in orbita stabile intorno al sole. Si tratta forse di un miracolo o di un disegno provvidenziale? No, è solo un altro "setaccio" naturale. Ovviamente tutti i pianeti che vediamo in orbita intorno al sole devono viaggiare esattamente alla velocità giusta per restare in orbita, altrimenti non li vedremmo, perché non ci sarebbero! Ma è altrettanto ovvio che questa non è evidenza di un disegno consapevole. È solo un altro tipo di setaccio.

Un setaccio di quest'ordine di semplicità non è, da solo, sufficiente a spiegare l'enorme quantità di ordine non casuale che vediamo nelle cose viventi. Non è neppure lontanamente sufficiente. Ricordate l'analogia del lucchetto a combinazione. Il tipo di non-casualità che si può generare con un semplice setaccio è più o meno equivalente ad aprire un lucchetto a combinazione al primo colpo: è facile che avvenga per semplice fortuna. Ma il tipo di non casualità che vediamo nei sistemi viventi è equivalente a un enorme lucchetto a combinazione con un numero di cifre spaventosamente grande, quasi incontabile. Generare una molecola biologica come l'emoglobina, il pigmento rosso del sangue, con un semplice setaccio equivarrebbe a prendere tutti gli aminoacidi costitutivi dell'emoglobina, shakerarli a caso, e sperare che la molecola di emoglobina si ricostituisca per un semplice colpo di fortuna. La quantità di fortuna che sarebbe necessaria per quest'impresa è inconcepibile, ed è stata utilizzata come termine di paragone da Isaac Asimov ed altri.

Una molecola di emoglobina consiste di quattro catene di aminoacidi attorcigliate insieme. Concentriamoci soltanto su una di queste quattro catene. Consiste di 146 aminoacidi. Ci sono 20 differenti tipi di aminoacidi che si trovano comunemente nelle cose viventi. Il numero di modi possibili di disporre 20 tipi di oggetti in catene di lunghezza 146 è un numero inconcepibilmente grande, che Asimov chiamò "il numero dell'emoglobina". È facile da calcolare, ma è impossibile visualizzare la risposta. Il primo anello nella catena di 146 potrebbe essere uno qualunque dei 20 possibili aminoacidi. Il secondo anello potrebbe anche esso essere uno tra 20, così il numero di possibili catene di lunghezza due è 20 x 20, cioè 400. Il numero possibile di catene di lunghezza 3 è 20 x 20 x 20, cioè 8000. Il numero di catene possibili di lunghezza 146 è 20 moltiplicato per se stesso 146 volte. Si tratta di un numero enorme. Un milione è 1 con sei zeri dopo di esso. Un miliardo è un 1 con nove zeri dopo di esso. Il numero che cerchiamo, il numero dell'emoglobina, è circa 1 con 190 zeri dopo di esso. Quindi la probabilità di produrre emoglobina per un semplice colpo di fortuna è 1 su quel numero enorme [quindi è una probabilità piccolissima, NdM]. E una molecola di emoglobina ha solo una piccola frazione della complessità di un corpo vivente. Un semplice setaccio, da solo, non è lontanamente capace di generare la quantità di ordine che si trova in una cosa vivente. Il setacciare è un ingrediente essenziale per generare l'ordine vivente, ma è ben lontano da essere la conclusione della storia. Serve anche qualcos'altro. Per illustrare il punto, dovrà fare una distinzione tra selezione "a passo singolo" e selezione "cumulativa". I setacci semplici che abbiamo considerato fino ad ora in questo capitolo sono tutti esempi di selezione a passo singolo. L'organizzazione vivente è il prodotto della selezione cumulativa.

La differenza fondamentale tra la selezione a passo singolo e la selezione cumulativa è questa: nella selezione a passo singolo le entità che vengono selezionate o ordinate (sassolini o qualunque altra cosa) vengono ordinate una volta per tutte. Nella selezione cumulativa, invece, si "riproducono"; o comunque il prodotto del processo di setacciamento viene in qualche modo dato "in pasto" a una seconda operazione di setacciamento, il cui prodotto viene a sua volta dato in pasto ad una terza, e così via. Le entità vengono sottoposte a selezione o ordinamento per molte "generazioni" successive. Il prodotto finale di ogni generazione di selezione è il punto di partenza per la prossima, e così via per molte generazioni. È naturale che io prenda in prestito parole come "riprodursi" e "generare", che di solito associamo alle cose viventi, perché le cose viventi sono per noi l'esempio principale di cose soggette a selezione cumulativa. [...]

A volte le nuvole, a causa del vento che le spinge e le rimescola in modo casuale, assumono le sembianze di oggetti familiari. C'è una fotografia molto nota, scattata da un pilota di un piccolo aeroplano, che raffigura ciò che sembra un po' il volto di Gesù che spunta fuori dal cielo. Tutti noi abbiamo visto nuvole che ci ricordavano qualcosa -- un cavalluccio marino, ad esempio, o un volto sorridente. Queste somiglianze nascono mediante selezione a passo singolo, cioè in altre parole per una singola coincidenza. Di conseguenza, non sono molto impressionanti. La somiglianza dei segni zodiacali con gli animali di cui portano il nome (scorpione, leone e così via) non è impressionante, come non lo sono le predizioni degli astrologi. Noi non ci sentiamo sconcertati da quella somiglianza, quanto invece siamo sconcertati dalla complessità degli oggetti biologici -- che sono il prodotto della selezione cumulativa. Ad esempio ci appare spettacolare la somiglianza di un insetto foglia ad una foglia, o di una mantide religiosa ad un gruppo di fiori rosa; ma la somiglianza di una nuvola ad una donnola è solo un po' curiosa, e a malapena ci prendiamo la briga di portarla all'attenzione di un amico. Inoltre, tendiamo a cambiare opinione sull'oggetto a cui la nuvola davvero assomiglia.

Amleto. Vedete laggiù quella nuvola che sembra un cammello?

Polonio. Sacripante! E' un cammello davvero!

Amleto. O forse somiglia a una donnola.

Polonio. Infatti, è proprio una donnola.

Amleto. Non pare una balena?

Polonio. Tale e quale a una balena.

Non so chi sia stato il primo a dire che, dato un tempo abbastanza lungo, una scimmia che battesse a caso sui tasti di una macchina per scrivere potrebbe produrre tutte le opere di Shakespeare. La frase cruciale è, ovviamente, "dato un tempo abbastanza lungo". Supponiamo che la scimmia debba produrre non le opere complete di Shakespeare, bensì solo la breve frase "o forse somiglia a una donnola" [METHINKS IT IS LIKE A WEASEL], e noi le faciliteremo il compito dandole una macchina per scrivere con una tastiera ridotta, con le sole 26 lettere (maiuscole) e la barra per gli spazi. Quanto tempo impiegherà la nostra scimmia dattilografa a scrivere quest'unica piccola frase?

La frase comprende 28 caratteri, cosicché supporremo che la scimmia compia una serie di 'tentativi' discreti di 28 battute. Se la scimmia scriverà la frase correttamente, l'esperimento sarà concluso. In caso contrario le permetteremo un altro 'tentativo' di 28 battute. Ora io non conosco scimmie, ma per fortuna mia figlia, che ha 11 mesi, è un ottimo dispositivo generatore di casualità, ed ha accettato con entusiasmo il ruolo di scimmia dattilografa. Ecco cosa ha digitato al computer:

UMMK JK CDZZ F ZD DSDSKSM

S SS FMCV PU I DDRGLKDXRRDO

RDTE QDWFDVIOY UDSKZWDCCVYT

H CHVY NMGNBAYTDFCCVD D

RCDFYYYRM N DFSKD LD K WDWK

HKAUIZMZI UXDKIDISFUMDKUDXI

Mia figlia ha anche altri impegni importanti, per cui sono stato costretto a programmare il computer per simulare l'opera di un bambino piccolo o una scimmia che battessero a caso sulla tastiera:

WDLDMNLT DTJBKWIRZREZLMQCO P

Y YVMQKZPGJXWVHGLAWFVCHQYOPY

MWR SWTNUXMLCDLEUBXTQHNZVIQF

FU OVAODVYKDGXDEKYVMOGGS VT

HZQZDSFZIHIVPHZPETPWVOVPMZGF

GEWRGZRPBCTPGQMCKHFDBGW ZCCF

E così via. Non è difficile calcolare quanto tempo dovremo ragionevolmente attendere perché il computer (o il bambino piccolo o la scimmia) con questo sistema casuale produca la frase METHINKS IT IS LIKE A WEASEL. Si pensi al numero totale dei frasi possibili della lunghezza corretta che la scimmia o il bambino o il computer potrebbero digitare. È lo stesso tipo di calcolo che abbiamo fatto per l'emoglobina, e produce un risultato similmente grande. Nella prima posizione ci sono 27 lettere possibili (considerando anche lo spazio come una lettera). Quindi la probabilità che la scimmia azzecchi subito la prima lettera, la M, è una su 27. La probabilità di azzeccare le prime due lettere - ME - è uguale alla probabilità di azzeccare la prima lettera, moltiplicata per la probabilità di azzeccare la seconda lettera (la E). Abbiamo perciò (1/27) x (1/27), che fa 1/729. La probabilità che la scimmia azzecchi la prima parola (METHINKS) è 1/27 per ciascuna delle otto lettere, cioè (1/27) x (1/27) x (1/27) .... x (1/27) eccetera, otto volte, cioè 1/27 all'ottava potenza. La probabilità che azzecchi l'intera frase di 28 lettere è 1/27 alla ventottesima potenza, cioè 1/27 moltiplicato per se stesso 28 volte. Questa è una probabilità molto piccola, circa uno su 10.000 milioni di milioni di milioni di milioni di milioni di milioni. Servirebbe molto tempo per ottenere la frase che cerchiamo, per non parlare di battere a macchina le opere complete di Shakespeare.

Quanto detto vale però quando selezioniamo variazioni casuali con un singolo passo. Che dire della selezione cumulativa? Quanto è più efficace questo genere di selezione? La risposta è: molto, molto più efficace, forse più di quanto possiamo renderci conto a prima vista, anche se, a rifletterci sopra un po' di più, si vede che è una cosa quasi ovvia. Usiamo di nuovo la nostra scimmia computerizzata, ma con una differenza determinante nel suo programma. La scimmia comincia anche qui scegliendo una sequenza casuale di 28 lettere, esattamente come nel primo esperimento:


WDLMNLT DTJBKWIRZREZLMQCO P

Ma stavolta la scimmia "fa riprodurre" questa frase casuale. Ne fa tante copie, ma con una certa probabilità di errore casuale -- mutazione -- nell'operazione di copiatura. Poi, il computer esamina le varie frasi mutanti (i 'figli' della frase originale) e sceglie quella che somiglia di più, anche di pochissimo, alla frase che costituisce il nostro obiettivo, METHINKS IT IS LIKE A WEASEL. Il caso ha voluto che la frase scelta per la prossima 'generazione' fosse:

WDLTMNLT DTJBSWIRZREZLMQCO P

Non è un miglioramento così evidente! Ma la procedura viene ripetuta: di nuovo dei 'figli' mutanti vengono 'fatti nascere' dalla frase, e viene scelto un nuovo 'vincitore'. Questo prosegue generazione dopo generazione. Dopo 10 generazioni, la frase scelta per 'riprodursi' era:

MDLDMNLS ITJISWHRZREZ MECS P

Dopo 20 generazioni era:

MELDINLS IT ISWPRKE Z WECSEL

A questo punto, con un po' di buona volontà possiamo vedere una somiglianza alla frase che è il nostro obiettivo. Alla generazione 30 non può esserci dubbio:

METHINGS IT ISWLIKE B WECSEL

La generazione 40 ci porta ad una sola lettera dall'obiettivo:

METHINKS IT IS LIKE I WEASEL

E l'obiettivo fu finalmente raggiunto alla generazione 43. Una seconda esecuzione del programma al computer cominciò casualmente con la frase:

Y YVMQKZPFfXWVHGLAWFVCHQXYOPY

E passò attraverso (di nuovo sto riportando solo una rigenerazione ogni 10):

Y YVMQKSPFTXWSHLIKEFV HQYSPY
YETHINKSPITXISHLIKEFA WQYSEY
METHINKS IT ISSLIKE A WEFSEY
METHINKS IT ISBLIKE A WEASES
METHINKS IT ISJLIKE A WEASEO
METHINKS IT IS LIKE A WEASEP

E raggiunse la frase obiettivo alla generazione 64. Una terza esecuzione del programma cominciò casualmente con

GEWRGZRPBCTPGQMCKHFDBGW ZCCF

E raggiunse METHINKS IT IS LIKE A WEASEL in 41 generazioni di riproduzione selettiva.

Non importa il tempo esatto impiegato la computer per raggiungere l'obiettivo. [L'operazione richiese qualche minuto.] Ciò che conta è la differenza tra il tempo impiegato dalla selezione cumulativa, e il tempo che lo stesso computer impiegherebbe per raggiungere l'obiettivo se fosse costretto a usare la selezione a passo singolo: circa un milione di milioni di milioni di milioni di milioni di anni. E questo è un milione di milioni di milioni di volte più dell'età dell'universo. In realtà sarebbe più giusto dire che, in confronto al tempo necessario perché una scimmia o un computer programmato a caso digiti la nostra frase obiettivo, l'età complessiva dell'universo è una quantità piccolissima e trascurabile [..]. Invece il tempo impiegato dal computer funzionando sempre a caso ma con il vincolo di operare una selezione cumulativa è una quantità del tutto comprensibile per gli esseri umani, cioè tra 11 secondi e il tempo necessario per pranzare.

Quindi c'è una grande differenza tra la selezione cumulativa (in cui ogni miglioramento, per quanto minuscolo, viene usato come base per la selezione futura), e la selezione a passo singolo (in cui ogni tentativo ricomincia da zero). Se il progresso evolutivo avesse dovuto affidarsi alla selezione a passo singolo, non sarebbe arrivato da nessuna parte. Se tuttavia le condizioni necessarie per la selezione cumulativa vengono prodotte dalle cieche forze della natura, le conseguenze sono strane e meravigliose. Si dà il caso che proprio questo sia successo su questo pianeta, e noi stessi siamo la più recente, se non la più strana e meravigliosa, di queste conseguenze.

È sorprendente che ancora oggi dei calcoli come quello dell'emoglobina vengano usati come se fossero argomenti contro la teoria di Darwin. Le persone che fanno questo, spesso esperte in campi come l'astronomia o altro, sembrano credere sinceramente che il darwinismo spieghi l'organizzazione vivente in termini del puro caso -- cioè selezione a passo singolo. Questa credenza che l'evoluzione darwiniana sia 'casuale' non è soltanto falsa. È l'esatto opposto della verità. Il caso è un ingrediente secondario nella ricetta darwiniana. L'ingrediente più importante è la selezione cumulativa che è crucialmente non casuale. Le nuvole non sono capaci di innescare una selezione cumulativa. Non c'è alcun meccanismo per cui le nuvole di una certa forma possono produrre delle nuvole figlie somiglianti al genitore. Se esistesse un tale meccanismo, se una nuvola che assomiglia a una donnola o a un cammello potesse dar luce a una discendenza di altre nuvole più o meno della stessa forma, la selezione cumulativa avrebbe l'opportunità di prendere il via. Naturalmente di tanto in tanto le nuvole si dividono e formano nuvole 'figlie', ma questo non basta per la selezione cumulativa. È anche necessario che i figli di ogni data nuvola assomiglino al 'genitore' più di quanto somigliano a ogni altra nuvola nella 'popolazione'. Questo punto di importanza fondamentale è apparentemente frainteso da alcuni dei filosofi che, negli anni recenti, si sono interessati alla teoria della selezione naturale. Inoltre la probabilità che una nuvola sopravviva e produca copie di se stessa deve dipendere dalla sua forma. Forse in qualche distante galassia queste condizioni si sono verificate, ed il risultato, se sono passati abbastanza milioni di anni, è qualche forma di vita sfuggente ed eterea.

(continua qui)