Le tre leggi fondamentali dell’evoluzione

I fisici ricercano da anni una possibile “teoria del tutto”, ma biologi ed evoluzionisti non sono da meno. In un articolo apparso di recente su Physics of Life Reviews, il Prof. Ping Ao dell’Università di Washington, Seattle, propone una nuova e più completa formulazione matematica dei principi di evoluzione darwiniana. Come tutti sappiamo, l’evoluzione avviene mediante una combinazione di “caso

I fisici ricercano da anni una possibile “teoria del tutto”, ma biologi ed evoluzionisti non sono da meno. In un articolo apparso di recente su Physics of Life Reviews, il Prof. Ping Ao dell’Università di Washington, Seattle, propone una nuova e più completa formulazione matematica dei principi di evoluzione darwiniana. Come tutti sappiamo, l’evoluzione avviene mediante una combinazione di “caso e necessità”, che opera su individui diversi geneticamente fra loro, favorendo la sopravvivenza e la riproduzione di alcuni di questi. Questo è un principio fondante e potentissimo, in base a cui è possibile costruire modelli matematici molto raffinati e precisi per casi limitati, ad esempio quando si studia l’adattamento di una singola specie. Ma è possibile ottenere leggi matematiche generali dell’evoluzione? Di questo i teorici non sono ancora sicuri. Una delle maggiori complicazioni deriva dal dinamismo intrinseco all’evoluzione biologica: tanto l’ambiente, quanto le varianti genetiche negli organismi, quanto il modo in cui questi elementi interagiscono, cambiano continuamente, a causa della selezione naturale e anche di fenomeni stocastici (cioè derivanti dal caso, quali le mutazioni genetiche, gli accidenti, i disastri ecologici ecc…) Nel suo articolo, Ao rivede i principali tentativi di formulare leggi generali in biologia, in particolare nella genetica di popolazione, e poi postula ex-novo tre leggi fondamentali, che egli ritiene riflettano il dinamismo dei processi evolutivi. La legge fondamentale è la seconda, che Ao chiama “legge di Darwin”, appunto. Essa è rappresentata da una equazione differenziale stocastica, che cioè definisce la velocità e la direzione del cambiamento evolutivo in base alle caratteristiche momentanee di organismo e ambiente, tenendo anche conto delle componenti casuali che possono turbare il processo. “Questa legge cattura gli elementi essenziali delle dinamiche evolutive descritte inizialmente da Darwin e Wallace, e sviluppate successivamente da Darwin, Fisher, Haldane, Wright e molti altri” sostiene Ao. La prima legge, chiamata “legge di Aristotele”, rappresenta invece un caso speciale della seconda legge, a cui sono sottratti gli effetti stocastici. Essa consente di definire delle entità approssimativamente fisse, ad esempio le specie. La terza legge, o “legge di gerarchia”, definisce la relazione che intercorre fra ambiente, geni nelle popolazioni, e interazioni fra geni in un individuo. Questi tre fattori, infatti, operano a livelli diversi ed evolvono in base a meccanismi differenti, ma non sono mai isolati fra loro. Tutti e tre si manifestano, ad esempio, nel comportamento individuale di ciascun organismo. Queste leggi rappresentano un punto di incontro fra biologia e fisica. L’autore dimostra, infatti, che le leggi della dinamica di Newton possono essere considerate un caso speciale della sua “legge di Aristotele”, e quindi anche della “legge di Darwin”. Tuttavia, è vero anche l’opposto: “le dinamiche Darwiniane possono anche essere considerate come casi speciali delle dinamiche Newtoniane” spiega Ao, e aggiunge “Quale delle due sia più appropriata e fondamentale per descrivere la Natura, è tanto un problema filosofico quanto un serio argomento di indagine scientifica”. (Articolo originale: P. Ao. Laws in Darwinian evolutionary theory. Physics of Life Reviews 2 (2005) 117–156) Daniele Fanelli