Sintropia: una terza via nel dibattito sull’evoluzione

di Ulisse Di Corpo e Antonella Vannini - 04/02/2010

Fonte: antidarwin

 Le varie teorie evoluzionistiche con cui, da Lamarck e Darwin in poi, si è cercato di spiegare l’origine delle specie offrono un esempio tipico delle difficoltà incontrate nel voler spiegare i sistemi viventi ricorrendo alla causalità classica (causalità efficiente o causalità meccanica). La teoria mendeliana era riuscita a provocare, cioè causare, la formazione di varietà diverse di organismi viventi e Darwin ritenne quindi naturale estendere questa possibilità all’origine delle specie eliminando in questo modo dalla spiegazione della vita ogni considerazione “metafisica” e, in particolare, ogni principio di finalità.

 La spiegazione di Darwin si basa su tre ordini di fatti, la variabilità delle forme viventi, la lotta per l’esistenza tra i vari organismi e la lunga durata della vita sulla Terra.

 Luigi Fantappiè, uno dei maggiori matematici del secolo scorso, fece però notare che:

 -        Darwin attribuiva la variabilità delle forme viventi al caso, intendendo per caso una quantità di «piccole cause» che sfuggono all’indagine diretta. Il calcolo delle probabilità applicato alla formazione spontanea della più piccola molecola di proteina, porta ad una probabilità inferiore a 1/1060. La probabilità che si possa formare un organo complesso come l’occhio o un qualsiasi organo costituito da milioni di molecole è di gran lunga inferiore, per non parlare addirittura di un essere vivente completo.

-        Per quanto riguarda la durata della vita sulla Terra il calcolo delle probabilità appena riportato prova che tale durata, per quanto lunga, è sempre insufficiente per spiegare la formazione non già di un essere vivente o di un suo apparato, ma anche di una sola molecola di proteina. Tenendo conto di tutto l’universo finora conosciuto e della sua massima verosimile durata, la probabilità di formazione della più piccola molecola di proteine, per effetto del caso, è praticamente nulla.

-        Per quanto riguarda l’altro fattore essenziale, su cui si basa la teoria di Darwin, e cioè il principio della selezione naturale, non avrebbe mai potuto entrare in gioco, per mancanza della materia prima su cui agire, e cioè per mancanza di esseri viventi e di un loro numero sufficientemente diversificato in grado di dare forma alla lotta per l’esistenza.

 Fantappiè ricorda, inoltre, che le teorie che cercano di spiegare la formazione delle specie viventi mediante la sola “causalità efficiente” si scontrano con la legge dell’entropia che tende a distruggere, livellare, qualsiasi forma di differenziazione e ordine, tendenza opposta all’aumento della differenziazione che si osserva nei sistemi viventi.

 - La legge della sintropia

 Nei giorni antecedenti il Natale 1941 Fantappiè, in seguito ad alcune discussioni con due colleghi, uno biologo e uno fisico, vide improvvisamente la possibilità di interpretare opportunamente una immensa categoria di soluzioni (i cosiddetti “potenziali anticipati”) delle equazioni (ondulatorie), che rappresentano le leggi fondamentali dell’Universo.

 Le equazioni ondulatorie nascono dall’unione della funzione d’onda (ψ) di Schrödinger con l’equazione energia/momento/massa della relatività ristretta di Einstein:

 Relatività ristretta

 Funzione d’onda relativizzata

 La funzione d’onda relativizzata dipende da una radice quadrata e ha perciò sempre una duplice soluzione: una positiva, che descrive onde che divergono dal passato verso il futuro (causalità), e una negativa, che descrive onde che divergono a ritroso nel tempo, dal futuro verso il passato (retrocausalità).

 Nel luglio del 1942 Luigi Fantappiè presentò presso la Pontificia Accademia delle Scienze i “Principi di una teoria unitaria del mondo fisico e biologico fondata sulla meccanica ondulatoria e relativistica” in cui mostrava che le onde ritardate (onde divergenti), le cui cause sono poste nel passato, corrispondono ai fenomeni chimici e fisici soggetti al principio dell’entropia, mente le onde anticipate (onde convergenti), le cui cause sono poste nel futuro, corrispondono ad una nuova categoria di fenomeni soggetti ad un principio simmetrico a quello dell’entropia, principio che Fantappiè stesso denominò sintropia. Analizzando le proprietà matematiche delle onde anticipate Fantappiè giunse alla conclusione che queste coincidono con le qualità dei sistemi viventi: finalità, differenziazione, ordine e organizzazione.

- Le qualità distintive della legge dell’entropia e della legge della sintropia

Il secondo principio della termodinamica afferma che in ogni trasformazione di energia (ad esempio trasformando il calore in lavoro), una parte di energia si libera nell’ambiente. L’entropia è la grandezza con cui si misura la quantità di energia che si è liberata nell’ambiente. Quando l’energia liberata è distribuita in modo uniforme (ad esempio non vi sono più variazioni di calore), si raggiunge uno stato di equilibrio e non è più possibile trasformare l’energia in lavoro. L’entropia misura quanto un sistema sia vicino allo stato di equilibrio e quale sia quindi il grado di disordine del sistema stesso. I fenomeni entropici presentano quindi le seguenti caratteristiche principali:

 1)      causalità: le onde divergenti non potrebbero esistere in assenza della causa che le ha generate;

2)      tendenza all’omogeneità o principio dell’entropia: i fenomeni entropici tendono ad un livellamento generale, nel senso che procedono dal differenziato verso l’omogeneo, dal complesso verso il semplice. Con il passare del tempo cresce sempre più l’omogeneità e l’uniformità del sistema, ossia l’entropia del sistema stesso. L’entropia, come espressa dal secondo principio della termodinamica è, quindi, una caratteristica tipica delle onde divergenti.

 Le qualità distintive dei fenomeni sintropici sono invece:

 1)   l’entropia diminuisce;

2)   i fenomeni sintropici sono di tipo antidispersivo e attrattivo, perché l’intensità delle onde convergenti, col passare del tempo, si concentra in spazi sempre più piccoli, con conseguente concentrazione di materia ed energia;

3)   nei fenomeni sintropici abbiamo uno scambio materiale ed energetico. Infatti, in questi fenomeni si presenta un costante aumento di concentrazione materiale ed energetica. Tuttavia, siccome questa concentrazione non può aumentare indefinitamente, si osservano fenomeni entropici che compensano quelli sintropici e, di conseguenza, uno scambio di materia e di energia con l’ambiente esterno;

4)   i fenomeni sintropici sono generati da “cause finali”, attrattori, che assorbono le onde convergenti. Queste “cause finali” sono strettamente connesse all’esistenza stessa del fenomeno: in questo modo è possibile introdurre il concetto di un “finalismo scientifico”, dove la parola finalismo è analoga a “causa finale”.

 - La lotta della vita contro l’entropia

 E’ importante ricordare che nel macrocosmo, come conseguenza del fatto che l’universo è in espansione, la legge dell’entropia prevale obbligando il tempo a fluire dal passato verso il futuro (Eddington, 1927) e le cause ad essere di tipo classico (causaèeffetto). Al contrario, nel microcosmo le forze espansive (entropia) e coesive (sintropia) sono in equilibrio; il tempo fluisce perciò in entrambi i versi (tempo unitario) e le cause sono simmetriche (causaèeffettoçcausa), la famosa Übercausalität di Einstein, o supercausalità, dando così origine a processi di tipo sintropico.

 La legge dell’entropia implica che i sistemi possano evolvere solo verso il disordine e la disorganizzazione; per questo motivo numerosi biologi (Monod, 1974) sono giunti alla conclusione che le proprietà della vita non possono originare dalle leggi del macrocosmo in quanto queste, governate dall’entropia, prevedono l’evoluzione del sistema unicamente nella direzione della morte termica e dell’annullamento di ogni forma di organizzazione e ordine, negando in questo modo la possibilità stessa della vita. La supercausalità ed in modo particolare la sintropia, che governano il microcosmo, implicano invece le proprietà di ordine, organizzazione e crescita tipiche dei sistemi viventi.

 Fantappiè ipotizza perciò che la vita origina al livello della meccanica quantistica, livello nel quale entropia e sintropia sono bilanciate e possono aver luogo processi sintropici. Ma, non appena cresce al di là del livello del microcosmo entra in conflitto con la legge dell’entropia, che domina nel macrocosmo e tende a distruggere ogni forma di organizzazione e di struttura. Inizia così il conflitto con la legge dell’entropia e la “lotta” per la sopravvivenza.

 Il conflitto tra la vita e l’entropia è ben documentato ed è continuamente dibattuto da biologi e fisici. Schrödinger, rispondendo alla domanda su che cosa permetta alla vita di contrastare l’entropia, rispondeva che la vita si alimenta di entropia negativa (Schrödinger, 1988). Alla stessa conclusione giunse Albert Szent-Györgyi quando utilizzò il termine sintropia al fine di descrivere le qualità di entropia negativa come proprietà fondamentali dei sistemi viventi (Szent-Györgyi, 1977). Albert Szent-Gyorgyi affermava che “è impossibile spiegare le qualità di organizzazione e di ordine dei sistemi viventi partendo dalle leggi entropiche del macrocosmo”. Questo è uno dei paradossi della biologia moderna: le proprietà dei sistemi viventi si contrappongono alla legge dell’entropia che governa il macrocosmo.

 L’ipotesi di un conflitto fondamentale tra vita (sintropia) e ambiente (entropia) porta alla conclusione che i sistemi viventi devono soddisfare alcune condizioni vitali come, ad esempio, acquisire sintropia dal microcosmo e combattere gli effetti dissipativi e distruttivi dell’entropia.

 Al fine di combattere gli effetti dissipativi dell’entropia, i sistemi viventi devono, secondo questo modello, acquisire energia dal mondo esterno, proteggersi dagli effetti dissipativi dell’entropia ed eliminare i residui della distruzione delle strutture ad opera dell’entropia. Queste condizioni sono generalmente indicate come bisogni materiali o bisogni primari ed includono:

 -        contrastare gli effetti dissipativi dell’entropia, ad esempio: acquisire energia dal mondo esterno tramite il cibo; ridurre la dissipazione di energia con un rifugio (una casa) e il vestiario.

-        contrastare la continua produzione di scarti, ad esempio: condizioni igieniche e sanitarie e l’eliminazione dei rifiuti.

 Soddisfare i bisogni materiali non impedisce però all’entropia di distruggere le strutture del sistema vivente. Ad esempio, le cellule vengono distrutte e devono essere rimpiazzate. Per riparare i danni causati dall’entropia, il sistema vivente deve attingere alla sintropia che consente di creare ordine, strutture e organizzazione e di contrapporsi agli effetti distruttivi dell’entropia.

 Ad esempio, il metabolismo si distingue in:

 processi sintropici: anabolismo che comprende tutto l’insieme dei processi di sintesi o bioformazione (io direi biosintesi) delle molecole organiche (biomolecole) più complesse da quelle più semplici o dalle sostanze nutritive;

processi entropici: catabolismo che comprende i processi che hanno come prodotti sostanze strutturalmente più semplici e povere di energia, liberando quella in eccesso sotto forma di energia chimica (ATP) ed energia termica.
 - Emozioni, attrattori ed evoluzione

 Fantappiè ipotizza l’esistenza di strutture deputate ad alimentare di sintropia i processi vitali e rigenerativi dell’organismo. Negli esseri umani il sistema nervoso autonomo (SNA) svolgerebbe tale funzione e dovrebbe quindi mostrare comportamenti di anticipazione.

 A conferma di questa ipotesi, nella letteratura scientifica, è possibile rinvenire una serie di studi che mostrano l’esistenza di reazioni anticipate pre-stimolo nei parametri psicofisiologici del SNA. Questi lavori utilizzano sequenze impredicibili di stimoli, cioè sequenze casuali pure, che nessun processo cognitivo può per definizione essere in grado di predire, nonostante ciò si osserva che la frequenza cardiaca e la conduttanza cutanea reagiscono in anticipo alla presentazione di stimoli a contenuto emozionale. Questi risultati portano a concludere che le emozioni sembrerebbero veicolare informazioni a ritroso, dal futuro verso il passato.

 In base a queste considerazioni Chris King afferma che le strutture biologiche sarebbero sempre sollecitate da informazioni provenienti dal futuro, nella forma di emozioni, e informazioni provenienti dal passato, nella forma di apprendimenti. In ogni momento il sistema vivente sarebbe perciò obbligato ad operare scelte e l’esito di tali scelte sarebbe imprevedibile. A causa di questi processi costanti di scelta, a livello macroscopico, i sistemi biologici presenterebbero costantemente caratteristiche caotiche.

 Nel 1963 il meteorologo E. Lorenz scoprì l’esistenza di sistemi caotici sensibili, in ogni punto del loro moto, a piccole variazioni. Ad esempio, studiando al computer un semplice modello matematico dei fenomeni meteorologici, si accorse che con una piccola variazione delle condizioni iniziali si produceva uno “stato caotico” che si amplificava e che rendeva impossibile ogni previsione. Analizzando questo sistema che si comportava in modo così imprevedibile, Lorenz scoprì l’esistenza di un attrattore che venne poi chiamato “attrattore caotico di Lorenz”: questo attrattore porta le perturbazioni microscopiche ad essere enormemente amplificate e ad interferire con il comportamento macroscopico del sistema. Lorenz stesso descrisse questa situazione con la celebre frase: “il battito d’ali di una farfalla in Amazzonia può provocare un uragano negli Stati Uniti”.

 I lavori di Lorenz segnarono la nascita della scienza del caos, dedicata allo studio degli attrattori (che hanno le loro cause collocate nel futuro). E’ da sottolineare che i sistemi entropici tendono sempre al disordine, in quanto sono per definizione disgregativi e dissipativi; al contrario, i fenomeni sintropici tendono all’ordine in quanto attratti da una causa posta nel futuro che li “attira” verso una crescente complessità e organizzazione: ciò, però, viene da noi percepito come caos in quanto non siamo in grado di osservare direttamente l’attrattore posto nel futuro che determina l’evoluzione di tali sistemi.

 Inserendo nei sistemi “caotici” degli attrattori (sintropia) si generano, come mostrato da Mandelbrot, figure complesse e allo stesso tempo ordinate note come frattali. La geometria frattale sta affascinando molti ricercatori a causa della similarità che alcune di queste figure hanno con l’organizzazione dei sistemi viventi. Infatti, in natura moltissime strutture richiamano la geometria frattale: il profilo delle foglie, lo sviluppo dei coralli, la forma del cervello e le diramazioni dendritiche (Fig.1).

Fig. 1 – Immagini tratte dal sito: http://fractalarts.com/. E’ notevole la somiglianza di queste immagini frattali con le strutture cerebrali.

 E’ straordinaria la quantità di strutture frattali osservabili all’interno del corpo umano, ad esempio:

 le arterie e le vene coronariche presentano ramificazioni di tipo frattale. I vasi principali si ramificano in una serie di vasi più piccoli che, a loro volta, si ramificano in vasi di calibro ancora più ridotto. Sembra, inoltre, che queste strutture frattali abbiano un ruolo vitale nella meccanica della contrazione e nella conduzione dello stimolo elettrico eccitatorio: l’analisi spettrale della frequenza cardiaca mostra che il battito normale è caratterizzato da un ampio spettro che ricorda una situazione caotica;

anche i neuroni presentano strutture simili ai frattali: se si esaminano a basso ingrandimento si possono osservare ramificazioni asimmetriche (i dendriti) connesse con i corpi cellulari, a ingrandimento leggermente superiore si osservano ramificazioni più piccole a partire da quelle più grandi e così via;
le vie aeree polmonari ricordano i frattali. Bronchi e bronchioli formano un albero con ramificazioni multiple, la cui configurazione si presenta simile sia ad alto che a basso ingrandimento. Misurando i diametri dei diversi ordini di ramificazione, si è appurato che l’albero bronchiale può essere descritto con la geometria frattale.
 Queste osservazioni hanno portato ad ipotizzare che l’organizzazione e l’evoluzione dei sistemi viventi (tessuti, sistema nervoso, ecc.) possa essere guidata da una serie di attrattori, in modo analogo a quanto avviene nella geometria frattale.

 - In conclusione

 Studiando i pazienti neurologici colpiti da deficit nell’attività decisoria, il neurobiologo Antonio Damasio ha scoperto che in assenza di emozioni le persone sviluppano una sorta di miopia verso il futuro caratterizzata dall’incapacità di effettuare scelte vantaggiose e dall’assenza di preoccupazione per il proprio futuro, l’incapacità di pianificare il proprio futuro, l’incapacità di fare un programma efficace anche per le ore a venire, la confusione rispetto alle priorità, l’assenza di intuizione e l’assenza di alcun segno di preveggenza.

 Secondo Fantappiè ciò che distingue la vita dalla non vita è la presenza, negli esseri viventi, di attrattori. Fantappiè sottolinea che l’attrazione verso un fine è sentita come «amore»: “Oggi vediamo stampate nel gran libro della natura – che, diceva Galilei, è scritto in caratteri matematici – le stesse leggi di amore che si ritrovano nei testi sacri delle principali religioni. […] la legge della vita non è dunque la legge delle cause meccaniche, questa è la legge dell’entropia, della non vita, è la legge della morte; la vera legge che domina la vita è la legge dei fini, e cioè la legge della collaborazione per fini sempre più elevati, e questo anche per gli esseri inferiori. Per l’uomo è poi la legge dell’amore, per l’uomo vivere è, in sostanza, amare, ed è da osservare che questi nuovi risultati scientifici possono avere grandi conseguenze su tutti i piani, in particolare anche sul piano sociale, oggi tanto travagliato e confuso. […] La legge della vita è dunque legge d’amore e di differenziazione, non va verso il livellamento, ma verso una diversificazione sempre più spinta. Ogni essere vivente, modesto o illustre, ha i suoi compiti e i suoi fini che, nell’economia generale dell’universo, sono sempre pregevoli, importanti, grandi.”

 L’ipotesi che nasce dalla legge della sintropia è che la vita e la sua evoluzione siano guidate dalle emozioni. Le emozioni, oltre ad  alimentare il sistema vivente di sintropia, opererebbero come ponte verso il futuro, collegando la vita ai suoi attrattori, dando così forma a strutture frattali, strutture complesse, progetti che vengono mantenuti se utili nella lotta contro l’entropia.

 La legge della sintropia apre in questo modo una terza via nel dibattito sull’evoluzione in cui l’entropia (causalità e caso) interagisce con la sintropia (finalismo e necessità) producendo processi di organizzazione verso forme sempre più complesse, organizzate ed evolute.

 Questa terza via può riconciliare scienza e religione, materialismo e spiritualità, mente e cuore, riconoscendo a tutte il loro ruolo e la loro importanza.