La teoria di Gaia

STRUMENTI RAZIONALI PER UNO STUDIO GLOBALE DELLA SOSTENIBILITA'

L’assunto centrale della Teoria di Gaia è che il pianeta sia un organismo vivente. Un organismo sui generis ovviamente, con proprie regole ed una propria fisiologia. Ed è la fisiologia di Gaia - un organismo grande quanto la superficie del pianeta - che interessa gli studiosi di geofisiologia.

Sappiamo che Gaia è oggi un organismo sofferente perché una delle gilde biochimiche che la abitano - quella che, con assai poca modestia, si autodefinisce sapiens - da qualche tempo è diventata piuttosto invadente.

Un gilda egocentrica che si appropria del 41% della produzione primaria netta. Una gilda irresponsabile che ha messo in piedi un’economia iniqua che riduce la biodiversità. Una gilda irriconoscente che non potrebbe digerire nemmeno una caramella senza il soccorso dei batteri che vivono nell’intestino dei suoi membri.

Una gilda che riduce sempre più i margini di sostenibilità, ma la sostenibilità è un concetto che riguarda noi ovviamente. Perché superati certi limiti - sui quali, allo stato attuale delle informazioni, possiamo solo congetturare - Gaia sicuramente farà giustizia delle nostre pretese e, come è già successo per altre specie, potrebbe anche arrivare al punto di liberarsi di noi.

Non siamo infatti la prima specie che cerca di forzare gli equilibri e di violare le regole e Gaia ha sempre reagito correggendo l’assetto del sistema, spesso trovando nuove e inedite forme di convivenza tra le specie, sacrificando quelle meno adatte. La sfida quindi, per noi, è di conoscere e di conformare a queste regole i nostri programmi di sviluppo sostenibile.

Due parole sulla metafora di Gaia
La Teoria di Gaia è una teoria scientifica che, nella formulazione sintetica proposta dal padre della teoria, James Lovelock, “considera l’evoluzione dei biota e del loro ambiente materiale come un unico processo strettamente accoppiato, dove l’autoregolazione del clima e della chimica dell’atmosfera, dell’oceano e del suolo sono le principali proprietà emergenti”. E’ una teoria alla cui elaborazione hanno contribuito un gran numero di discipline scientifiche e che consente una visione globale della vita sulla Terra. E’ una teoria che rappresenta quindi l’ideale punto di osservazione per studiare i margini di sostenibilità dell’economia umana in relazione alle risorse del pianeta.

Gaia è ovviamente una metafora che fa leva su un sentimento diffuso e profondo: l’idea che la Terra sia una sorta di grembo per la vita. Gaia infatti è il nome della dea-madre della cosmogonia greca. E’ la Mater Tellus dei romani, la Hel della mitologia norvegese. E’ una dea madre che ad ogni ciclo stagionale si rinnova (è sempre vergine) e conosce i misteri della vita e della morte: è dea della sapienza.

Nel corso dei secoli la dea tende ad articolarsi in figure femminili più differenziate, ciascuna delle quali conserva un attributo della dea originaria. Ecco allora che i greci elaborano il mito di Core-Demetra e quello di Metis, i celti quello di Eire-Fodhla-Banhba ed anche il mondo cristiano assume questa struttura trinitaria della dea incarnandola nella figura storica di Myriam di Nazareth, che nella teologia mistica diventa la Theotòkos, la Vergine-Madre e la Sofia.

L’universalità e l’antichità del mito forse può spiegare perché Gaia susciti tanto interesse nella psicologia analitica di stampo junghiano. Gaia è un archetipo, è la dea descritta da Shinoda Bolen, da Glazebrock, da Pinkola Estes. Gaia, in generale, si presta molto bene alla narrazione e posso raccontare di lei ai miei bambini.

Tutto ciò non piace molto al mondo accademico ortodosso, dove si preferisce coniare nomi più scientifically correct come Geofisiologia o Scienze del Sistema Terra. Tuttavia sono intimamente convinto che una correzione di rotta del nostro modello di sviluppo sarà più facile se le cognizioni scientifiche che andiamo via via acquisendo si assoceranno ad una visione emotivamente coinvolgente della natura.

Provando a coniugare razionalità ed emozione posso così immergermi nello studio dei cicli e delle età di Gaia e contemporaneamente godermi la magnificenza e la gloriosa manifestazione della sua bellezza. Gaia ha il raro potere di trasmettermi una profonda emozione scientifica. Quella che vado a raccontarvi è quindi anche la mia particolare storia d’amore con la dea.

I concetti strutturanti la Teoria di Gaia
Possiamo cominciare la nostra indagine sui concetti strutturanti la Teoria di Gaia con una prima semplice osservazione fatta dal geofisiologo Westbroeck: la vita è una forza geologica. E’ un osservazione talmente fuori discussione che è persino banale ripeterla. Ma talvolta proprio ciò che è più evidente rischia di essere sottovalutato.

Ad esempio, sappiamo che al 98% l’atmosfera terrestre è costituita da azoto e ossigeno molecolari. Che l’ossigeno sia il prodotto di scarto della fotosintesi lo sanno anche i bambini, ma che l’azoto atmosferico sia in prevalenza il prodotto di scarto di micro-organismi denitrificatori è un po’ meno risaputo.

E ancor meno diffusa è la consapevolezza che l’azione degli organismi denitrificatori è bilanciata dagli organismi azoto-fissatori, che rappresentano una delle chiavi di volta su cui si regge tutta la vita su questo pianeta. Il 95% degli atomi d’azoto incorporati nelle basi azotate del DNA o negli aminoacidi delle proteine di qualsiasi organismo (animali, piante, funghi, ecc.) è stata organicata da un membro di questa gilda biochimica. Meritano un atto di riconoscenza prima di procedere oltre.

Cicli, serbatoi e pozzi
Abbiamo accennato al fatto che gli organismi denitrificatori agiscono in coppia con gli organismi azoto-fissatori costituendo un ciclo chiuso. Allo stesso modo gli organismi respiratori e quelli fotosintetizzatori costituiscono un ciclo chiuso rispetto all’ossigeno. Tutti gli elementi chimici che entrano nella grande giostra della biosfera sono inseriti in cicli chiusi. Il ciclo è il modo di operare di Gaia.

Questo non vuol dire che gli elementi siano tutti contemporaneamente in circolo. Vuol dire solo che sui tempi lunghi di Gaia (eoni) tutti gli elementi fondamentali entrano in gioco, anche se, sulle scale temporali a noi più consone, appaiono parcheggiati in quelli che i geofisiologi chiamano pozzi (dove gli elementi si trovano in forme chimiche stabili non utilizzabili dalla biosfera), ma che al mutare delle circostanze possono trasformarsi in serbatoi, quando una gilda biochimica trova il modo di utilizzare un certo elemento nella forma in cui si trova nel pozzo.

Pozzi e serbatoi funzionano quindi come una sorta di conto corrente bancario, dove si deposita o si preleva alla bisogna. E qui possiamo registrare una prima fondamentale differenza tra gli organismi viventi e Gaia: i primi sono sistemi aperti attraversati da flussi di energia e di materia. Gaia è invece un sistema virtualmente chiuso, che riceve energia (principalmente da Elio, il sole), ma i cui scambi di materia con lo spazio sopra e sotto di lei sono praticamente irrilevanti. Questa differenza obbliga Gaia a riciclare tutto e a favorire l’evoluzione di organismi capaci di andare in questa direzione...

Per ora ci fermiamo qui, ma abbiamo appena cominciato a scalfire la grande complessità e le infinite possibilità di questa teoria. La prossima settimana scopriremo come la comparsa dell’ossigeno sul nostro pianeta abbia provocato un tremendo disastro ecologico...

GLI ANELLI DI RETROAZIONE NEGATIVA (OMEOSTASI) E POSITIVA (OMEORRESI)

I cicli degli elementi di Gaia, visti nel loro dettaglio, sono estremamente complessi, perché in ciascun ciclo sono coinvolte un gran numero di operazioni catalitiche ognuna delle quali a monte risponde alla Legge del Minimo di Liebig e a valle porta con sé conseguenze che investono la funzione catalitica stessa in quello che gli studiosi chiamano anello di retroazione (feedback). Questi vincoli - Legge del Minimo e feedback - consentono agli organismi viventi di reagire alle sollecitazioni dell’ambiente esterno cercando di mantenere stabile nel tempo l’ambiente interno.

Per fare un esempio semplice, sappiamo che i vertebrati a sangue caldo investono una grande quantità di energia per mantenere la temperatura interna entro un ristrettissimo delta (nell’uomo 36, /-0,5), anche quando la temperatura esterna è molto alta o molto bassa. In questo senso si parla di sistema omeostatico, un sistema cioè dove le parti instaurano e mantengono un equilibrio fra loro che garantisce stabilità all’intero. Un sistema biologico omeostatico si regge su anelli di retroazione negativa, dove il prodotto di una reazione inibisce l’ulteriore sviluppo della reazione stessa o di una ad essa collegata.

Quando invece siamo in presenza di un anello di retroazione positivo, quando cioè il prodotto della reazione amplifica anziché inibire la sequenza di reazioni, si innesca un processo a cascata. Il processo a cascata per sua natura tende a modificare gli equilibri consolidati in maniera irreversibile e il sistema diventa instabile fino a quando non raggiunge un nuovo punto di equilibrio.

La storia di Gaia è costellata di episodi che hanno sconvolto periodi di relativa stabilità, tanto che i punti di rottura sono utilizzati dagli studiosi per dividere la storia della Terra in ere geologiche. Dal Proterozoico in avanti, di moltissimi di questi punti di rottura ne sono protagonisti le diverse forme di vita che hanno abitato il pianeta.

Un esempio su tutti: il disastro ecologico dell’ossigeno avvenuto 2 miliardi di anni fa provocato dalla gilda dei fotosintetizzatori. Quando gli antenati degli attuali cianobatteri inventarono la fotosintesi clorofilliana e cominciarono a costruire molecole di zucchero a partire da anidride carbonica e acqua, non solo contribuirono a modificare il clima del pianeta raffreddandolo, ma cominciarono a liberare nell’atmosfera un potente inquinante come l’ossigeno molecolare che si rivelò micidiale per la vita sulla Terra.

Per qualche tempo Gaia riuscì ad assorbire l’ossigeno soprattutto per mezzo dei minerali facilmente ossidabili contenuti nelle rocce, ma una volta saturati questi depositi, l’ossigeno libero nell’atmosfera fece strage della pellicola di organismi anaerobi che avvolgeva la Terra.

Dopo questo disastro ecologico, l’atmosfera terrestre non fu mai più favorevole alla vita degli organismi anaerobi, Gaia raggiunse un nuovo equilibrio, e noi possiamo essere grati a questi “inquinatori” selvaggi perché senza ossigeno libero nell’atmosfera non si sarebbe potuto evolvere la cellula eucariote, il mattone fondamentale dei Metazoi.

Per ora è tutto. Ma tornate a trovarci! Nella prossima puntata esploreremo “l’organizzazione politica” di Gaia, scoprendo che essa non è altro che un’olarchia.

UN PIANETA OLARCHICO

Un altro concetto fondamentale della Teoria di Gaia è quello di considerare la vita sulla Terra come un’olarchia. Un’olarchia è un’organizzazione costituita da sistemi completi fra loro integrati che fungono da parti in un sistema completo di ordine superiore.

Gaia è costituita da bioma, che a loro volta si articolano in ecosistemi, che sono costituiti da batteri, prototisti 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: gli atomi per diventare cellule devono organizzarsi in molecole, le molecole per diventare organismi viventi devono organizzarsi in cellule e così via.

A ciascun livello dell’olarchia compaiono proprietà emergenti, caratteristiche proprie del sistema in quel determinato piano. Le proprietà emergenti di un sistema non sono prevedibili a priori. Forse un giorno lo saranno, ma oggi non esiste alcuna teoria in grado di prevedere - che so - le qualità della molecola di clorofilla a partire dalla sua formula bruta.

L’organizzazione che assumono gli atomi di carbonio, di idrogeno, di ossigeno, di azoto, di magnesio nella molecola di clorofilla sono già inscritte nella struttura sub-atomica di questi elementi, ma la clorofilla è solo una delle possibili combinazioni molecolari che questi elementi possono assumere insieme. La clorofilla è semplicemente - ed è questa la sua proprietà emergente - la configurazione molecolare che si è rivelata più efficace nell’incanalare l’energia solare nella fotosintesi.

L’imprevedibilità delle configurazioni che le parti possono assumere nell’organizzazione di strutture di livello successivo è alla base della biodiversità. E’ piuttosto chiaro che le caratteristiche proprie di ciascuna parte che va a comporre il nuovo intero ne influenzerà l’organizzazione.

Se consideriamo ad esempio l’attività e il ruolo che i sopraccitati organismi azoto-fissatori hanno per Gaia ci rendiamo ben conto di come questa gilda biochimica influenzi l’intera biosfera. Quando una parte influenza o vincola l’organizzazione dell’intero si parla di influenza verso l’esterno.

Meno immediatamente evidenti sono invece i casi in cui è l’intero che influenza le parti di cui è costituito. Si parla allora di influenza verso l’interno. L’intero in questi casi funge da matrice per lo sviluppo di cose nuove, orientando, con la propria organizzazione contingente, il corso dell’evoluzione.

IL METABOLISMO DEL PIANETA TERRA

L’approccio epistemologico della geofisiologia è, per sua natura, di tipo funzionalistico. In filosofia si parlerebbe di approccio fenomenologico, per cui gli strumenti analitici, la metodologia e l’impianto sperimentale sono orientati al come funziona. La Teoria di Gaia ha portato da questo punto di vista ad una riconsiderazione globale dei confini propri della biosfera e della classificazione degli organismi.

Cominciamo con i confini. Se non disponessimo della pelle come confine potremmo lo stesso riconoscerci come organismi viventi considerando alcuni parametri funzionali quali i tassi di ricircolo. Potremmo ad esempio considerare il flusso del filtrato dei glomeruli renali (200 litri/giorno) rapportandolo all’attività dell’emuntore (2-3 litri/giorno) e scoprire che il tasso di ricircolo che caratterizza in via funzionale il nostro sistema renale è di 100 (200/2).

Qualcosa di analogo lo possiamo fare con i cicli degli elementi che sono la base del metabolismo di Gaia. E’ possibile definire il tasso di ricircolo di un elemento come il rapporto tra il flusso che passa attraverso la fotosintesi e la quota che esce dal ciclo. Ad esempio il carbonio viene organicato nella biomassa attraverso la fotosintesi in ragione di 100 miliardi di tonnellate l’anno. Una parte di questo flusso (0,5 miliardi di tonnellate l’anno) finisce seppellito in pozzi, virtualmente perduto per i tempi brevi dei cicli della vita. (In realtà nel corso delle decine di milioni di anni gli elementi seppelliti sono riciclati dall’attività vulcanica, che è una sorta di rumine per Gaia).

Il tasso di ricircolo del carbonio è quindi pari a 200 (100/0,5): questo vuol dire che mediamente un atomo di carbonio viene scambiato fra un organismo e l’altro 200 volte prima di uscire dal ciclo. Un bell’esempio di riciclaggio! Ma Gaia fa ancora meglio con l’azoto dove il tasso di ricircolo è di 571. In altri casi invece, come nel caso del fosforo (Figura 2) o del calcio (Figura 3), il riciclaggio è meno sistematico, considerata la relativa abbondanza di questi elementi. Il tasso di ricircolo consente quindi di valutare l’importanza relativa di determinato elemento: è tanto più elevato quanto più risulta importante l’elemento nell’economia di Gaia.

Le possibilità di scambio di materia fra Gaia e le sue matrici (il suolo, l’aria e l’oceano) sono infatti strette da vincoli e lo sono ancor più quelle fra Gaia e lo spazio esterno e Gaia e l’interno della Terra. Dal punto di vista di Gaia l’atomo di carbonio di una molecola di CaCO3 posto 5 millimetri sotto la superficie di una roccia è molto più lontano del lichene che vi si posa sopra dell’atomo di carbonio di una molecola di HCO3- dell’oceano.

Un altro concetto molto importante in geofiosiologia è quello di gilda biochimica, con la quale si definisce un gruppo di organismi che svolgono la stessa funzione biochimica nel metabolismo di Gaia. Quando ad esempio si parla di gilda dei fotosintetizzatori, si suole indicare tutti gli organismi che hanno in comune l’attività fotosintetica, mettendo quindi insieme anche organismi molto diversi fra loro come i microscopici cianobatteri e le gigantesche sequoie. La gilda biochimica è uno strumento d’analisi tassonomico che si è rivelato enormemente più pratico, per la valutazione quantitativa dei flussi degli elementi che caratterizzano i cicli biogeochimici, della tradizionale tassonomia linneiana basata sulle similitudini genetiche (parentele) fra le specie.

L'UOMO COME PARASSITA DEL MONDO

Lynn Margulis è stata forse la prima grande scienziata a comprendere le potenzialità della Teoria di Gaia. La Margulis fu contattata sul finire degli anni sessanta da Lovelock il quale conosceva di fama la geniale microbiologa.

Lovelock stava riflettendo su quella che sarebbe diventata l’Ipotesi Gaia, quando si trovò di fronte ad un enigma per lui insolubile: la presenza di metano nell’atmosfera. Il metano è una molecola che, data la composizione chimica della nostra atmosfera, non dovrebbe esistere.

Lovelock pensò che se il metano continuava comunque ad essere presente nell’atmosfera terrestre se ne poteva dedurre l’esistenza di un microrganismo che provvedeva a liberare continuamente metano nell’atmosfera. Lovelock quindi consultò la Margulis la quale gli diede la risposta che cercava, risposta che costituì il primo passo della collaborazione tra due che considero fra i più grandi scienziati della seconda metà del XX secolo.

La Margulis aveva appena avanzato una teoria assolutamente eterodossa per spiegare l’evoluzione dei microrganismi, teoria che con il tempo si rivelerà sempre più convincente. In estrema sintesi possiamo dire che per la Margulis i grandi passaggi evolutivi (per esempio l’evoluzione dai procarioti agli eucarioti, o dagli eucarioti ai Metazoi) si realizzarono grazie ad una stretta associazione (simbiosi) degli organismi fra loro. Secondo la Margulis la prima relazione che gli organismi tendono a stabilire è di tipo parassitario.

Il parassita è un essere che vive del materiale organico di un altro organismo vivente causandogli un danno. Da un punto di vista evoluzionistico il parassitismo non è una buona strategia, perché, portata all’estremo, causa la morte dell’ospite, fatto questo che, direttamente o indirettamente, va a detrimento della vita del parassita stesso. Quando il parassita riesce invece a trarre vantaggio dalla relazione senza danneggiare l’ospite siamo di fronte all’evoluzione del parassitismo nel commensalismo, strategia che, da un punto vista evoluzionistico, si rivela più efficiente del parassitismo.

Il commensalismo a sua volta può ulteriormente evolvere nella simbiosi, che è una stretta relazione tra esseri viventi che comporta una serie di vantaggi e svantaggi di entità variabile per ciascun organismo coinvolto. La simbiosi può essere molto elastica: si può avere una simbiosi di tipo antagonista quando la relazione tende a privilegiare uno degli organismi al limite del parassitismo oppure, all’estremo opposto la simbiosi mutualista, quando l’associazione comporta vantaggi vicendevoli.

Le idee della Margulis sono andate a costituire l’impianto fondamentale della Teoria dell’endosimbiosi seriale, che ritengo il complemento più originale ed affascinante della Teoria di Gaia. La nostra specie può essere considerata una gilda biochimica a se stante, in quanto capace di trasformazioni tanto straordinarie e imprevedibili quanto sono consentite dai gradi di libertà del pensiero. Alcuni grandi studiosi come Vernadsky e Teilhard de Chardin hanno parlato di noosfera, o sfera del pensiero, per descrivere questa singolare caratteristica della vita che trova il vertice della nostra specie.

Abbiamo da poco cominciato a prendere coscienza dei meccanismi e dei vincoli di questo grande sistema organico che chiamiamo Gaia. L’intuizione mistica dei nostri antenati sta prendendo corpo e si trasforma in analisi scientifica senza che questo diminuisca l’impatto emotivo che, più o meno consapevolmente, ciascuno di noi ha con i cicli della vita. Questa presa di coscienza ci fa apparire oggi per quello che siamo: una sorta di parassiti di Gaia.

Una specie che nel suo insieme sfrutta le risorse del pianeta senza riciclarle e che si appropria di quasi la metà del flusso energetico incorporato nella fotosintesi. Abbiamo bisogno di una conversione del nostro sistema economico perché diventi più equo e sostenibile. Abbiamo bisogno di trasformare la nostra relazione con Gaia in una simbiosi mutualistica, una simbiosi che faccia davvero onore alla qualità che meglio ci caratterizza: il pensiero.