La belle verte – Adriano Sofo

Questo articolo e’ stato scritto per il Carnevale della Biodiversità, settima edizione dal tema: “Ho visto cose… La biologia dei mondi fantastici”. Per la rassegna completa di tutti i blog e post che partecipano al carnevale andate sul blog Mahengechromis.

Spazio alle piante

Perché studiare le piante nello spazio? Perché la NASA conducendo ricerche a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (SSI)?

Apparentemente sembra che non ne valga la pena e che le difficoltà siano tante, come dimostrato da molti articoli apparsi alla fine degli anni ’90-inizio ‘00 (leggete qui). Ancora oggi, nel sito del “BBC Science Club”, per un’ora intera si è parlato della colonizzazione umana dello spazio e delle forme di vita extraterrestri, senza mai menzionare le parole “pianta” o “fotosintesi “. L’episodio precedente a questo ha riguardato l’estinzione, senza però mai fare riferimento alle piante e utilizzando un chiaro approccio zoocentrico, come elegantemente riassunto da Eoin Lettice (http://www.communicatescience.eu/2012/11/bbc-science-club-and-plant-blindness.html).

A pensarci solo un attimo però, anche chi non ha basi di biologia comprende che se gli esseri umani decidessero di creare colonie permanenti nello spazio, avrebbero necessità del sostegno delle piante, come spiegato nel divertente quanto istruttivo programma web “Dara O Briain’s Science Club”. Oltre a questo, la BBC può fare interessanti programmi scientifici di taglio divulgativo sulle piante, tra cui la splendida serie “Come coltivare un pianeta” (http://www.bbc.co.uk/programmes/b01bywvr), che è possibile scaricare a soli 5 euro.

Passando dai media al laboratorio, per dimostrare la nostra dipendenza dall’ossigeno di origine vegetale si utilizzano spesso i “vasi a campana di Priestley” (vedi figura sotto), un tipo di contenitore in cui si fanno studi come questo: http://www.extremephysiolmed.com/content/1/1/4. In questo esperimento, l’idea di mettere un essere umano nella campana di vetro di Prestley in presenza e assenza di piante è a dir poco originale (nonché rischiosa, ma la rivista peer-reviewd si chiama appunto per questo Extreme Physiology & Medicine) e rende bene l’idea di quanto sia impossibile la nostra vita senza i vegetali.

Uno dei “giardinieri spaziali” più conosciuti si chiama Robert Bowman, ingegnere al Lunar Plant Growth Chamber della NASA. Riporto qui uno stralcio della sua bella intervista, dove dà un significato concreto agli esperimenti con le piante nello spazio:

“Lo spazio è un mondo di sfide per tutti gli esseri viventi, compresi gli esseri umani. Oltre alla leggerezza, ci sono molti altri aspetti della vita che diamo per scontati qui sulla terra, che non si applicano nello spazio. Se non c’è su e giù, come fanno le piante a sapere dove mettere radici? Immaginate di vivere in una scatola di metallo sterile con un volume molto limitato per diversi mesi o anni. Non si accettano animali, non ci sono persone care né piante d’appartamento, niente di vivo intorno a te, solo ronzio, macchine e luci lampeggianti. Non ce ne rendiamo spesso conto, ma troviamo molto conforto nel condividere il nostro mondo con altri esseri viventi. La vita in una navicella spaziale velocissima destinata ad un pianeta lontano potrebbe essere quindi un’esistenza molto difficile in un modo che si può solo iniziare a immaginare”.

E per compiere esperimenti nello spazio, cosa c’è di meglio che la pianta modello Arabidopsis thaliana, il cui genoma è corto, completamente sequenziato e ben conosciuto? Piastre con agar e soluzioni nutritive (vedi foto in basso), in cui germinano semi di Arabidopsis, vengono ormai sempre più inviate nello spazio, come si legge qui e anche qui, e, ancora, in questo video della NASA (“Growing the Future” è il nome del progetto).

Sarebbe interessante studiare la capacità di questa specie – dei cui processi di sviluppo si conosce moltissimo – di crescere sul altri pianeti colonizzabili. La fantascienza è piena di questi esempi ma la realtà forse sarà un po’ più complessa! Il romanzo di Kim Stanely Robinson Green Mars prende ad esempio il titolo dal processo di terraforming (terraformazione: trasformazione di un pianeta in Terra), in cui le piante cominciano a crescere sul suolo marziano. Le caratteristiche del paesaggio marziano e l’evoluzione della nuova biosfera marziana sono descritte dettagliatamente nel corso del libro, illustrando i progressivi cambiamenti. Uno dei primi esempi di terraformazione in fantascienza è però del preveggente Isaac Asimov (nel racconto breve Maledetti marziani – The Martian Way – del 1952). Qui il fattore limitante non erano le piante ma qualcosa di ancora più a monte, cioè l’acqua. I protagonisti della novella compiono un viaggio verso gli anelli di Saturno per potersi appropriare di ghiaccio (e quindi di acqua) con 25 navicelle spaziali per poter riuscire poi a portare su Marte uno degli enormi blocchi galleggianti intorno al gigante gassoso, consentendo così la sua colonizzazione. Tornando ad Arabidopsis, dubito sia una specie così adattabile, anzi è piccolina e fragile, piuttosto sensibile alla fotoinibizione e alle alte temperature (in fin dei conti è una Brassicacea come cavoli e rape e quindi ama l’inverno), quindi posso solo immaginare i danni sotto l’esposizione alle radiazioni presenti su Marte, nonostante le eventuali serre. E’ anche vero però che di Arabidopsis ci sono tanti ecotipi, molti dei quali geneticamente modificati.

Apriamo una piccola parentesi: “Non c’è nulla che precluda la vita” ha detto lo scienziato NASA Samuel Kounaves, commentando i risultati dell’analisi del campione di terriccio marziano prelevato dalla sonda Phoenix nel 2008: “Quello di Marte è il tipo di suolo che potrebbe essere trovato nel vostro giardino, ricco cioè di sostanze alcaline e di sostanze tossiche per la vita, quali quelle contenenti arsenico. Un suolo su cui potrebbero crescere gli asparagi”. Questa frase ha causato il subitaneo spunto del presidente del Consorzio di Tutela dell’Asparago Bianco di Bassano a Denominazione di Origine Protetta: «Saremmo felici che su Marte si piantasse l’asparago, perché siamo certi che il patrimonio genetico di queste piante, che le famiglie bassanesi si tramandano da secoli di generazione in generazione, sia tanto valido da meritare una discendenza extraterrestre».

Il nesso con Arabidopsis l’ho trovato leggendo quest’articolo (mi riprometto di cercare appena posso il lavoro peer-reviewed a cui fa riferimento) in cui si parla di una varietà di Arabidopsis modificata geneticamente (ha due geni del batterio Escherichia Coli) da un gruppo di ricercatori dell’Università della Georgia, in grado di assorbire l’arsenico dal terreno e di scomporlo non tossiche. Ecco allora che l’Arabidopsis rientra in gioco e potrebbe essere utilizzata su Marte, ma questa è biologia teorica ed i posteri astronauti un giorno forse lo proveranno di persona. Che una pianta cresca su arsenico (o almeno solo su arsenico) effettivamente mi sembra un po’ strano, dal momento che già i batteri dal metabolismo molto più plastico e adattabile, hanno delle forti difficoltà. In questo studio, abbastanza famoso, si è parlato di un batterio estremofilo e alofilo (GFAJ-1 delle Halomonadaceae), isolato nei laghi salati della California ed in grado di crescere su arsenico. Dopo soli 18 mesi la smentita, con la dimostrazione che GFAJ-1 non vive grazie all’arsenico, ma nonostante lo stesso, e come non possa fare a meno del fosforo, per quanto in piccole quantità (arsenico e fosforo sono compari nella tavola periodica degli elementi e la confusione è legittima).

Nello spazio non inviano solo Arabidopsis ma anche altre specie fotosintetizzanti. Nel caso di studi su alghe unicellulari e cianobatteri, delle cui condizioni di crescita estreme ho parlato in questo mio post di qualche tempo fa), queste si fanno crescere in sospensione e sotto agitazione in bottiglie molto simili a quelle usate per le colture cellulari (vedi foto in basso).

Quali aspetti delle piante si studiano nello spazio? Prevalentemente i loro movimenti (detti tropismi) in assenza di gravità, in un ambiente con luci artificiali e che si muove a forte velocità. Questi movimenti sono principalmente tre: idrotropismo, gravitropismo e fototropismo, cioè lo spostamento delle piante rispettivamente verso l’acqua, la forza di gravità e la luce. Sicuramente siete tutti preparatissimi, ma se volete cimentarvi (l’ho fatto anch’io con piacere) con il Tropism Quiz, andate qui.

I risultati? Gli esperimenti sulle piante cresciute nello spazio (dei bei filmati li trovate su questo sito) hanno dimostrato prevalentemente che le piante crescono in tutte le direzioni. Dopo un po’ però le piante sembrano adattarsi alle condizioni e iniziare a crescere in una direzione più stabile. Questo perché iniziano ad utilizzare fonti diverse gravità per orientarsi: le foglie usano prevalentemente la luce come riferimento, mentre le radici sono attratte verso l’acqua. In questo video, intitolato Plantango (anche se forse sarebbe stato più opportuno chiamarlo Plantbolero), potete vedere come le radici delle piantine cresciute in assenza di gravità comincino inizialmente ad esplorare casualmente l’agar, per poi scegliere determinate direzioni sulla base di altri stimoli ambientali.

La frontiera più affascinante per questo tipo di studi è l’indagine sui metodi per fornire risorse agli esseri umani e ad altre specie biologiche per vivere e sopravvivere durante lunghe missioni spaziali (es. rotta Terra-Marte-Terra), e la rigenerazione dei rifiuti umani e di altro tipo in queste condizioni estreme. Il bioregenerative life support system (BLSS), brevettato dall’ESA, utilizza piante “superiori”, cianobatteri e batteri per questi due compiti, ma gli inconvenienti riscontrati sono stati tanti. I più importanti sono stati l’elevata sensibilità alle malattie e ai prodotti chimici in piante cresciute in condizioni “spaziali”. Inoltre, l’etilene (un ormone normalmente prodotto dalle piante) è il gas più dannoso in un sistema chiuso e deve essere in qualche modo intrappolato. Un altro guaio è causato dalle radiazioni solari e cosmiche presenti in grande quantità nello spazio (sulla Terra sono schermate dal campo magnetico terrestre) e che attraversano facilmente le navicelle e gli esseri viventi, i quali a lungo andare possono provocare mutazioni del DNA e alle generazioni successive di piante.

In futuro, sia alghe che piante superiori potranno essere utilizzati per la depurazione dell’aria e dell’acqua sia come fonti di cibo in una navicella spaziale, ma è realistico immaginare che le piante utilizzate per le spedizioni su Marte dovranno essere geneticamente modificate. E qui entra in gioco lo studio delle piante cresciute nello spazio: dall’analisi dei danni e dai modelli di crescita si potrà decidere quali geni modificare per una crescita e una produttività ottimali in assenza di gravità. Nelle piante, l’acqua occupa fino al 90% del peso dell’organismo; ma l’acqua è pesante e ingombrante, e quindi anche piccoli aumenti di questi due parametri fanno lievitare esponenzialmente i costi di una missione spaziale. Per alimentare completamente gli astronauti di un veicolo spaziale durante un lungo tragitto, le piante dovrebbero essere modificate per contenere il 90% di sostanze nutritive e solo il 10% di acqua, ma la sfida è ancora lunga.

Grazie a loro, ho scritto:

Bratislav Stanković (2001) 2001:A plant space odyssey. Trends in Plant Science 6: 591-593.

Claudia Di Giorgio (2009) Asparagi su Marte. http://digiorgio-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.it/2009/01/28/asparagi-su-marte/

Felisa Wolfe-Simon (2011) A Bacterium that can grow by using arsenic instead of phosphorus. Vol. 332 no. 6034 pp. 1163-1166. http://www.sciencemag.org/content/332/6034/1163.abstract?ijkey=9bd1a2d2376edbd78915c36141e579e140fe71f8&keytype2=tf_ipsecsha

Günter Ruyters and Tom K. Scott (1997) Future research in plant biology in space: summary of critical issues and recommendations of the workshop. Planta (1997) 203: S211-S213.

Quella pianta mangia-arsenico (2002) Galileo. Giornale di scienza. http://www.galileonet.it/articles/4c32e1505fc52b3adf000e83

Tiziana Mariconi (2012) I batteri alieni all’arsenico erano davvero una bufala. http://daily.wired.it/news/scienza/2012/07/10/batteri-arsenico-bufala-365432.html

Tor-Henning Iversen. Why plant experiments in space? http://www.nordicspace.net/PDF/NSA152.pdf

http://esamultimedia.esa.int/docs/issedukit/en/html/t040606r1.html

http://virtualastronaut.tietronix.com/textonly/act25/game-plants.aspx

http://www.nasa.gov/audience/foreducators/plantgrowth/careercorner/Robert_Bowman_Profile.html

http://www.nasa.gov/audience/foreducators/topnav/materials/listbytype/How_Plants_Grow_in_Space.html

http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/plants_in_space.html

http://www.space.com/5045-french-astronaut-grows-plants-space.html

(Fonte: http://forum.cosenascoste.com/viaggi-astrali-obe-e-sogni-lucidi/65699-piante-che-inducono-sogni-lucidi-e-viaggi-astrali.html)

Questo post nasce dall’innocente intervento di Paky922 nel suddetto blog. Il post non intende instradare persone all’uso di droghe ma è stato scritto a puro scopo scientifico. Se però la scienza non é il vostro forte e preferite gli aspetti pratici, andate qui, dove troverete ottimi decotti, bocconcini e cannoni magici, sui quali non mi soffermo.

L’oggetto di questo post è una pianta di origine messicana, la Salvia divinorum (comunemente chiamata menta magica, erba Maria o erba della pastora) che contiene la sostanza psicoattiva naturale più potente che si conosca (tra 0,89 e 3,70 mg/g di peso secco nella pianta, ma già 200 μg fanno partire di testa un uomo di peso medio). La sostanza si chiama salvinorina A, isolata da Ortega e Valdes negli anni ’80. Essa provoca interessanti effetti collaterali, quali la separazione totale tra corpo e spirito con perdita di coscienza e delle percezioni sensoriali. La somministrazione per via inalatoria di salvinorina A causa la comparsa di allucinazioni; gli effetti insorgono dopo circa 30 secondi dall’inalazione, raggiungono una fase di plateau in 5-10 minuti e scompaiono dopo 20-30 minuti.

Dalle varie (nonché numerosissime) testimonianze sembra che ci siano delle sensazioni ricorrenti, quali rivivere momenti passati, perdita della propria identità e dell’identità del proprio corpo, trovarsi contemporaneamente in più luoghi, vedere se stessi al di fuori del proprio corpo. Per questi motivi, la salvinorina A è considerata un enteogeno (sostanza rivelatrice della divinità interiore) e uno dei pochi allucinogeni dissociativi presenti in natura, cioè che rende possibile il distacco tra psiche-soma e l’esperienza del viaggio astrale. Questo simpatico viaggio darebbe la sensazione di “uscire” dal proprio corpo fisico, cioè di proiettare la propria coscienza oltre i confini corporei, come se si stesse fluttuando all’esterno del proprio corpo, percependo la presenza del proprio corpo da un punto esterno ad esso. La sostanza non induce dipendenza fisica né tolleranza né tossicità, anzi gran parte dei consumatori rimane talmente colpito/spaventato/terrorizzato (?) al punto tale da sviluppare una sorta di repulsione. Su Youtube o il web in generale si trova di tutto, comprese le esperienze dei consumatori. Riporto fedelmente una frase da uno studio del 2011 (Casselman & Heinrich): “Finally, the representation of Salvia divinorum on YouTube(TM) (and by inference the WWW as a whole) is a growing phenomena”.

L’attività psichedelica e unica nel suo genere della salvinorina A è dovuta al fatto che agisce selettivamente su un particolare recettore chiamato k-oppioide (KOR). La sostanza non ha alcuna affinità per i recettori serotoninergici 5-HT_2A che rappresentano, invece, il principale target molecolare degli allucinogeni classici (LSD, N,N-dimetiltriptamina, psilocibina, mescalina). In aggiunta, è stata anche dimostrata la totale mancanza di affinità della salvinorina A nei confronti di altri bersagli molecolari, quali recettori accoppiati a proteine G, trasportatori e canali ionici.

Salvinorina A

La Salvia divinorum è conosciuta e utilizzata dagli sciamani delle popolazioni mazateche della regione di Oaxaca da molti secoli sia nelle iniziazioni sciamaniche, sia durante le cerimonie di guarigione, a causa delle sue proprietà allucinogene. Gli indiani mazatechi attribuiscono alla Salvia divinorum nomi che ricordano il suo legame con la Vergine Maria (Ska Maria Pastora, hojas de Maria, Yerba Maria), della quale la pianta viene ritenuta essere l’incarnazione. Nel 1939 quando l’etnografo J. B. Johnson descrisse per primo l’uso di questa pianta, che veniva usata assieme a funghi e ai semi di altre piante per scopi divinatori. Nel 1952 fu descritta da Roberto J. Weitlaner ma il merito di aver per primo capito di cosa si trattasse e di avere raccolto materiale che identificasse questa nuova specie va a R. Gordon Wasson (studioso dei riti sciamanici) che accompagnato da Hoffman, nel 1961 la identificò come una specie del genere Salvia e fu anche il primo straniero che la sperimentò.

Dal momento che la pianta ha una bassissima germinabilità, la Salvia divinorum che troviamo attualmente in circolazione deriva tutta da talee dai cloni donati da una curadera Mazatec a R. Gordon Wasson e Albert Hofmann. Gli studiosi ad oggi, sono molto incerti sul fatto che si tratti di una specie o di un ibrido naturale prodotto in epoche passate dall’uomo anche se non si riesce a capire quali siano le piante madri in quanto in natura, allo stato selvatico, non è stata ancora ritrovata.

Il consumo di Salvia divinorum tra gli studenti delle scuole superiori statunitensi è in continuo aumento (4.4% in base ad uno studio del 2008 di Lange et al.). Rischi concreti all’incolumità fisica sono legati alla perdita di percezione del proprio corpo, si possono verificare cadute o urti. Vari manualetti ne sconsigliano l’uso vicino alle finestre e ai balconi. Ragion per cui ne viene consigliato l’utilizzo in ambienti confortevoli (il lounge bar va per la maggiore) con la presenza di una persona lucida e preparata denominata sitter.

Sul web, è possibile reperire una Salvia experential rating scale, che qui riassumo:

Livello – 1 “S” sta per effetti SOTTILI. Una sensazione che “qualcosa” sta accadendo, anche se è difficile dire che cosa.

Livello – 2 “A” sta per percezione ALTERATA. I colori e i contorni sono più pronunciati. L’apprezzamento della musica può essere aumentato. Lo spazio può sembrare di profondità maggiore o minore rispetto al solito. Assenza di visioni, pensiero meno logico e più giocoso.

Livello – 3 “L” sta per LEGGERO stato visionario. Visione ad occhi chiusi di frattali, modelli geometrici, visioni di oggetti e disegni inesistenti. Le immagini sono spesso a due dimensioni. A questo livello, le visioni non sono confuse con la realtà.

Livello – 4 “V” sta per stato visionario VIVIDO. Al malcapitato appaiono complesse scene tridimensionali, molto realistiche, accompagnate a voci. Ad occhi aperti il contatto con la realtà non del tutto perduto, ma quando si chiudono gli occhi si entra completamente in una scena onirica. E qui arriva il bello: esperienze sciamaniche in viaggio verso altre terre – straniere o immaginarie, incontri con esseri (entità, spiriti) e con personaggi di altre epoche. Si può anche vivere la vita di un’altra persona.

Livello – 5 “I” sta per esistenza IMMATERIALE. A questo livello non si possiede più un corpo e si è completamente coinvolti nell’esperienza interiore, perdendo ogni contatto con la realtà e con l’individualità. Si sperimenta la fusione con Dio, la mente, la coscienza universale, o fusioni bizzarre con altri oggetti – reali o immaginari (ad esempio, la fusione con una parete o mobile). A questo livello di solito non ci si muove più, ma ogni tanto si hanno degli scatti (ecco la necessità del sitter, di cui sopra). Per la persona che giunge a questo stadio, il fenomeno può essere terrificante o estremamente piacevole, ma per un osservatore esterno l’individuo può sembrare confuso o disorientato.

Livello 6 – “A” sta per effetto amnesico. Completa perdita di coscienza. L’individuo può cadere o rimanere immobile. Non si prova più dolore fisico e al risveglio l’individuo non avrà ricordo di quello che ha fatto o detto. La gente non riesce a ricordare minimamente che cosa sperimenta in questo stato di trance molto profonda.

Tralascio le esperienze degli utilizzatori, peraltro facilmente reperibili sul web, e concludo pubblicando questo link degli Wide, che hanno trasposto in musica la loro esperienza con l’amica salvia, ripercorrendo gli stadi della Salvia experential rating scale nel loro pezzo (ascoltatelo qui). Buon ascolto!

Grazie a loro, ho scritto:

Aaron A. Jenks, Jay B. Walker, Seung-Chul Kim (2011) Evolution and origins of the Mazatec hallucinogenic sage, Salvia divinorum (Lamiaceae): a molecular phylogenetic approach. J Plant Res 124: 593-600.

Ivan Casselman and Michael Heinrich (2011) Novel use patterns of Salvia divinorum: Unobtrusive observation using YouTube™. Journal of Etnopharmacology 138: 662-667.

James E. Lange et al. (2008) College student use of Salvia divinorum. Drug and Alcohol Dependence 94: 263-266.

Thomas E. Prisinzano (2005) Psychopharmacology of the hallucinogenic sage Salvia divinorum. Life Sciences 78: 527-531.

http://it.wikipedia.org/wiki/Salvia_divinorum

http://sagewisdom.org/usersguide.html

http://www.elicriso.it/it/piante_allucinogene/salvia_divinorum/

http://www.iss.it/binary/drog/cont/Schede_S.pdf

Ecco l’ultimo mio post sull’ipotesi Gaia di Lovelock. Giuro che abbandonerò, almeno per ora, la filosofia, sebbene scientifica!

[…segue]

L’ottica sistemica si è talmente diffusa, in molte discipline, al punto tale di poter parlare di cultura della complessità e, all’interno di alcune di esse, rintracciare importanti contributi all’Ipotesi di Gaia. Ad esempio, la medicina considera gli organismi viventi come sistemi in grado di organizzarsi e auto rinnovarsi all’interno di processi dinamici e energetici riconducibili a migrazioni di elettroni, oscillazioni di cariche elettriche, alternanze chimico-fisiche. Questi sistemi sono aperti perché, per mantenere il proprio equilibrio dinamico e la propria stabilità biologica, devono necessariamente interagire con l’habitat in cui sono inseriti (“intimità ecologica”). In base alla seconda legge della termodinamica, un sistema meccanico prosegue, dall’ordine verso il disordine, disperdendo energia, calore, movimento, fino all’esaurimento, ovvero fino ad uno stato di quiete; mentre nel caso di un sistema vivente esso conserva la propria continuità interagendo con le strutture ordinate dell’ambiente attraverso il metabolismo. Difatti, gli esseri viventi scompongono le strutture ordinate (cibo) in elementi semplici (catabolismo), un sistema vivente è in costante rigenerazione: in tre settimane l’organismo umano rigenera tutto il patrimonio proteico delle cellule nervose; quotidianamente si rinnovano le cellule pancreatiche; ogni tre giorni si rinnovano le cellule dello stomaco. Il tutto con finalità conservativa dell’insieme programmato in rapporto di coerenza funzionale endogena ed esogena (confronto con l’habitat). Tuttavia, un sistema vivente è, come sappiamo, un sistema aperto, una struttura dissipativa, ovvero dove energia e materia circolano all’interno e all’esterno. Esso, pertanto, esaurisce nel tempo la propria potenzialità rigenerativa (invecchiamento) e provvede, attraverso la riproduzione, alla rigenerazione di tutto sé stesso anziché delle singole parti.

Nel mondo biologico non esiste lo stato di quiete, ma un sistematico movimento interattivo ed interrelato attraverso la configurazione di strutture ordinate, la loro degradazione, il ricavo energetico e la restaurazione delle proprie strutture ordinate. Dunque, nel complesso corso della sua evoluzione, la vita rivela un notevole contrasto rispetto alla tendenza espressa nella seconda legge della Termodinamica. Questa famosa legge è anche nota come “legge dell’entropia”. L’entropia fornisce una misura del grado di disordine in cui si trovano gli elementi che costituiscono il sistema. Pertanto, essa è incrementata dal movimento verso uno stato più disordinato, disperso e non pianificato. La teoria evoluzionista è avanzata nella totale ignoranza di questa basilare e universale legge della fisica. Il meccanismo proposto dall’evoluzione contraddice radicalmente i suoi principi. Gli evoluzionisti sostengono che atomi disordinati, dispersi e inorganici, e molecole si siano riuniti spontaneamente nello stesso periodo in un ordine preciso per formare molecole estremamente complesse quali le proteine, il DNA, l’RNA; in seguito, questi avrebbero gradualmente determinato milioni di differenti specie viventi con strutture addirittura più complesse. Inoltre, questo ipotetico processo, che produce ad ogni passo strutture più pianificate, più ordinate, più complesse e più organizzate, ha presieduto autonomamente a tale formazione in condizioni naturali.

La legge dell’entropia mostra chiaramente che questo processo cosiddetto naturale contraddice interamente le leggi della fisica. Gli scienziati evoluzionisti sono consapevoli di questo fatto. J. H. Rush scrive: “Nel complesso corso della sua evoluzione, la vita rivela un notevole contrasto rispetto alla tendenza espressa nella seconda legge della Termodinamica. Mentre quest’ultima parla di un irreversibile progresso verso una crescente entropia e disordine, la vita evolve continuamente verso più elevati livelli di ordine”. La Medicina Sistemica (System Medicine), a conferma di ciò, si sta proponendo come rinnovamento metodologico nella relazione terapeuta-paziente-patologia, proprio perché essa considera l’essere umano come un insieme complesso di cellule tra loro funzionalmente interconnesse, integrate e organizzate in diversi livelli gerarchici di complessità, dove ogni livello mostra proprietà emergenti che non esistono a livello inferiore. Cellule organizzate a formare tessuti, tessuti a formare organi e funzioni, organi a formare organismi, organismi a generare sistemi sociali ed ecosistemi. Sistemi cellulari complessi in collaborazione e comunicazione continua, finalizzata al mantenimento di un obiettivo rappresentato dalla sopravvivenza. Sistemi in grado di generare proprietà emergenti che si traducono in una straordinaria capacità di evoluzione (autopoiesi).

L’essere umano può quindi essere rappresentato come sistema autopoietico in grado di ridefinire continuamente se stesso e i propri confini, di mantenersi stabile e al tempo stesso di rinnovarsi. La vita e la salute, per la medicina sistemica, sono il risultato di una condizione di stabilità dinamica, grazie alla capacità di adattarsi costantemente agli stimoli ambientali interni ed esterni e di mantenere la stabilità dei sistemi fisiologici per mezzo del cambiamento (allostasi). La visione medico-biologica relativa agli organismi arricchisce dunque l’Ipotesi Gaia consentendo di partire dal micromondo allargandosi al macromondo. Gli esseri viventi sono, infatti, micro-sistemi aperti collocati all’interno di sistemi globali molto più estesi. L’essere umano si trova così tra l’infinitamente grande e l’infinitamente piccolo, quasi a sembrare lo scopo della continua costante evoluzione di queste due realtà. Le influenze reciproche tra i due contribuiscono al mantenimento del delicato equilibrio dinamico di Gaia. Un altro importante contributo alla visione sistemica viene dato da Humberto Maturana, un biologo,cibernetico e scienziato cileno, e Francisco Varela, un neurobiologo ed epistemologo cileno, i quali hanno ricondotto la proprietà della circolarità, per cui ogni componente di un sistema partecipa alla produzione o alla trasformazione di altre componenti della rete, alla organizzazione di base di tutti i sistemi viventi, la “vera organizzazione del vivente”.

A tale proprietà i neurofisiologi diedero il nome di autopoiesi. La descrizione più precisa e sintetica di cosa sia una unità autopoietica, oggetto di studio della teoria dell’autopoiesi, la danno proprio i due studiosi. Maturana e Varela scrivono: “La macchina autopoietica è una macchina organizzata (definita come unità) come una rete di processi di produzione (trasformazione e distruzione) di componenti che produce i componenti che: I) attraverso le loro interazioni e trasformazioni continuamente rigenerano e realizzano la rete di processi (relazioni) che li producono; e II) la costituiscono (la macchina) come unità concreta nello spazio nel quale essi (i componenti) esistono specificando il dominio topologico della sua realizzazione in quella rete”. Va notato che il termine macchina sia utilizzato in senso ben diverso dall’uso quotidiano, in accordo col senso che al termine si dà nel linguaggio cibernetico. Nella definizione di unità autopoietica, così come nella definizione di sistema data da Von Bertalanffy, abbiamo degli elementi e delle relazioni; tuttavia è immediato cogliere la maggiore complessità di una unità autopoietica rispetto ad un sistema genericamente inteso. Difatti, l’unità autopoietica è concepita come un sistema produttore di componenti semplici i quali riproducono il sistema mediante le proprie relazioni, il che si complica ulteriormente con la distinzione fra i tre tipi di produzione che si verificano in un sistema autopoietico: 1) produzione di relazioni costitutive: le relazioni che determinano la topologia dell’organizzazione autopoietica; 2) produzione di relazioni di specificazioni: le relazioni che determinano l’identità dei componenti dell’organizzazione autopoietica; 3) produzione di relazioni d’ordine: le relazioni che determinano la dinamica dell’organizzazione determinando quindi la concatenazione della produzione di relazioni di costituzione. E’ quindi chiaro come un sistema autopoietico sia necessariamente dinamico. Il termine è stato utilizzato, dunque, per indicare quella che, per loro, risulta essere la caratteristica fondamentale dei sistemi viventi: una struttura organizzata capace di mantenere e rigenerare nel tempo la propria unità e la propria autonomia rispetto alle continue variazioni dell’ambiente circostante, attraverso la creazione delle proprie parti costituenti, che a loro volta contribuiscono alla generazione dell’intero sistema. Pertanto, i sistemi viventi, mantengono se stessi grazie alla produzione di “sottosistemi” che producono a loro volta l’organizzazione strutturale globale necessaria per mantenerli e produrli.

I sistemi viventi sono considerati come strutture autonome e dotate di chiusura operazionale, in cui il sistema si trova in una situazione di completo autoriferimento, ovvero in cui si pensa al proprio mantenimento e tutte le azioni che sembra compiere verso l’esterno sono in realtà atte a mantenere la propria integrità rispetto alle perturbazioni ambientali. Un sistema vivente, inoltre, fino a che sopravvive, si definisce plastico a livello strutturale, quando è in grado di subire cambiamenti strutturali in seguito ad interazioni, divenendo accoppiato in modo sempre più ricco con il suo ambiente. Pertanto, se l’ambiente è formato da altri sistemi strutturalmente plastici, essi risulteranno adattati o meglio accoppiati l’uno con l’altro con sempre maggiore complessità. Ogni volta che due o più sistemi interagiscono, essi cominciano a co-creare un nuovo sistema che emerge naturalmente dal modo in cui le sue componenti plastiche si adattano l’una all’altra. Tale sistema deriva da, ed è, l’accoppiamento strutturale delle sue componenti cioè quella relazione di complementarità tra unità, fino a che le interazioni con esso non portano alla sua disintegrazione. E’ il fenomeno che sottende e, di fatto, costituisce ciò che di solito chiamiamo cognizione o intelligenza da cui è scaturito l’universo organizzato. Se il sistema è dunque il modo in cui le sue componenti si adattano reciprocamente, secondo un accoppiamento strutturale, concetti come omeostasi, controllo, regolazione sono semplicemente una descrizione del funzionamento del sistema da parte di un osservatore, ovvero non si tratta di fenomeni operativi che si verificano nelle interazioni reali. Infatti, il mondo vivente si costituisce in tal modo perché l’organizzazione sistemica è una necessaria conseguenza dell’interazione degli organismi strutturalmente determinati. Questo significa ulteriormente l’approccio utilizzato da Lovelock nell’Ipotesi di Gaia.

Un altro aspetto necessario per definire un sistema è capire quali sono i suoi confini. Se io distinguo un gatto dallo sfondo del paesaggio, in base a cosa lo faccio? In buona misura, lo faccio grazie alla vista e riconosco come superficie distintiva del gatto grosso modo la sua pelliccia; ma allora, i batteri che il gatto porta dentro di sé, i parassiti, i granelli di sabbia casualmente ingeriti con il cibo fanno comunque parte dell’unità-gatto? Maturana e Varela rispondono a ciò precisando che vi sono due tipi di operazioni di distinzione (e determinazione), ed essi non implicano immediatamente l’intervento dei sensi. Il primo, distinzione concettuale, avviene nel dominio del discorso e descrizione dell’osservatore; il secondo, distinzione fisica, avviene nel dominio di esistenza dell’unità stessa, quando le proprietà definenti dell’unità la distinguono da uno sfondo attraverso il loro effettivo operare. In realtà, come sottolinea Pietro Ramellini, il problema del confine non è così semplice da definire. Il riconoscimento della cellula attraverso il confine membranale, per esempio, non sembra presentare particolari difficoltà; mentre facendo un’analisi più attenta, osservando più da vicino e a risoluzione maggiore la membrana, torniamo alle stesse incertezze poste dalla pelliccia del gatto, ovvero ci chiediamo dove sta il confine. E, ancora, se è più importante il confine strutturale (il doppio strato fosfolipidico) o quello funzionale (ad esempio, la superficie dove la concentrazione degli ioni prende a conformarsi all’equilibrio di Gibbs-Donnan)? Quindi, la distinzione dei confini è un processo per nulla ovvio, anche là dove sembrerebbero evidenti ad una prima considerazione sia fisica che concettuale. Un ultimo interessante contributo alla visione sistemica ci è dato dal concetto di olarchia di Tyler Volk, uno dei più originali prosecutori del pensiero di Lovelock. Un’olarchia consiste di un intero e delle sue parti che, a loro volta, sono interi con parti specifiche. Ovvero, può essere definita come un’organizzazione costituita da sistemi completi fra loro integrati che fungono da parti in un sistema completo di ordine superiore. Tyler Volk cita come esempio il parco di Pine Woods (Stati Uniti) che si presenta come un’olarchia di aree selvagge, campi da gioco, ciascuna delle quali contiene una moltitudine di esseri viventi.

Pertanto, spostandoci lateralmente possiamo attraversare una serie di unità ecologiche inserite le une nelle altre, ma la via più rapida per connettersi con la scala globale si trova spostandoci verso l’alto, ovvero includendo nell’unità parco l’atmosfera, la quale si può connettere con tutte le altre forme di vita, con gli oceani e i suoli del pianeta. La storia di queste connessioni, che cercheremo di osservare meglio nel secondo capitolo, sono il nocciolo della Teoria di Gaia, difatti essa è costituita da bioma, che a loro volta si articolano in ecosistemi, che sono costituiti da batteri, protisti e metazoi, questi ultimi sono a loro volta costituiti da cellule, che sono sistemi costituiti da molecole, e così via. Ogni sistema completo si articola in parti che sono a loro volta sistemi completi. Visti dall’altro capo della sequenza, ciascun intero diventa parte di un sistema di livello successivo. Non si può saltare un gradino proprio perché gli atomi per diventare cellule devono organizzarsi in molecole, le molecole per diventare organismi viventi devono organizzarsi in cellule e così via. Per comprendere realmente la portata di tali connessioni immaginiamo di imbottigliare il parco erigendo pareti di vetro tutto intorno, alte dieci chilometri, fino al bordo superiore della troposfera. Si calcola che la colonna d’aria sovrastante ogni metro quadrato di terreno possa contenere circa 1500 grammi di anidride carbonica (gas utilizzato per la fotosintesi). Pertanto, basterebbero pochi anni per far subentrare l’inedia a causa della mancanza di riserve alimentari gassose e, allo stesso modo, essendo impedito il libero scambio di gas non ci sarebbero piogge e monsoni.

In un sistema aperto, come quello reale, dove la stabilità dell’insieme è garantita da flussi che hanno luogo su scala globale, può accadere, invece, che gli incendi dell’Ovest degli Stati Uniti devastino aree pari a un migliaio di volte il parco di Pine Woods e che le stesse siano in grado di ricrescere solo perché esposte a un’atmosfera, e ai suoi cicli, che abbraccia tutto il globo. Tutto questo dimostra come gli ecosistemi non abbiano confini visibili o tangibili, ovvero ogni organismo partecipa ad una grande varietà di cicli di varie dimensioni. Il caso più semplice è rappresentato dall’albero che prende parte ai cicli del suolo con le radici e a cicli molto più ampi attraverso gli uccelli che consumano insetti e che si cibano delle sue foglie. Quindi, l’indeterminatezza dei confini, come già confermato dallo stesso Pietro Ramellini a proposito della Teoria di Maturana e Varela, in ecologia appare inevitabile, tanto da chiedersi in che misura gli ecosistemi possano considerarsi entità tra loro separate. Ma, poiché l’uomo ha bisogno di porre limiti e tracciare confini per cercare di avvicinarsi il più possibile alla complessità dell’esistente, essi rappresentano e rappresenteranno comunque una modalità di descrizione diffusa dei meccanismi di Gaia e dell’ecologia in generale.

 [fine]