Un discorso epistemologico sulla complessità nelle Scienze della

Orologi chimici
Il discorso va gradatamente più in là quando si osserva il
comportamento di certe reazioni chimiche. Anche qui, sempre
in condizioni lontane dall’equilibrio, oltre certe soglie
critiche di instabilità chimica si osservano comportamenti
totalmente inaspettati, che vanno oltre la semplice autoorganizzazione.
Si pensi ad esempio ai cosiddetti “orologi
chimici’’: semplici reazioni spesso auto catalizzate (nel senso
che il prodotto di una reazione chimica è coinvolto nella
sua propria sintesi), che evolvono verso uno stato stazionario
stabile fi nché non venga superato un certo valore-soglia
della concentrazione di uno dei componenti, nel qual caso lo
stato stazionario diviene un fuoco instabile ed il sistema lo
abbandona per dirigersi verso un ciclo-limite. Invece di rimanere
stazionarie in un nuovo equilibrio, le concentrazioni
dei componenti principali cominciano ad oscillare con un
periodo di oscillazione ben defi nito.
Il comportamento periodico adottato dal sistema è stabile,
è un vero orologio chimico.
Supponiamo, come esemplifi cano Prigogine e Stengers
(1981), di avere due tipi di molecole coinvolte in un recipiente
nella reazione, “rosse” e “blu’’.A causa del moto caotico
delle molecole, ci aspetteremmo che in un dato momento
ci possano essere più molecole rosse in una parte del
recipiente, per esempio quella di sinistra. Ma poco dopo
compariranno più molecole blu, e così via. Il recipiente dovrebbe
sembrarci “violetto’’ con lampi irregolari di rosso o
di blu. Ma questo non succede con un orologio chimico; il
sistema è tutto blu, poi improvvisamente il suo colore diventa
rosso, poi ancora blu. E tutti questi cambiamenti avvengono
ad intervalli di tempo regolari: siamo di fronte ad un
processo coerente.
Questo sembra incredibile ed infatti, se gli orologi chimici
non fossero stati effettivamente osservati, nessuno ci
crederebbe. Per cambiare colore tutte in una volta le molecole
hanno bisogno di comunicare. Il sistema deve agire
come un tutto. Siamo qui in presenza di uno dei più semplici
meccanismi chimici di comunicazione.
Ad un livello un po’ più elevato possiamo collocare la
recente realizzazione da parte dei chimici di sequenze relazionali
“spontanee’’, che conducono da sistemi semplici a
sistemi complessi attraverso la catalisi di coordinazione e
soprattutto attraverso l’autoassemblaggio, che presuppone
un elevato grado di riconoscimento molecolare, e la trasmissione
di informazioni estremamente dettagliate e specifi
che per costruire e poi replicare le molecole organiche (si
veda ad esempio Chiusoli, 1995).
Innumerevoli meccanismi chimici di questo tipo, sempre
più complicati, caratterizzano infi ne i processi di comunicazione
chimica ben noti ai biologi e ai neurofi siologi, e fanno
già parte in modo essenziale dell’insieme di proprietà che
defi niscono la vita.
Processi irreversibili
Ma torniamo al discorso di fondo. Sembra evidente che,
indipendentemente dal campo in cui un sistema sta operando,
e ben prima di giungere ai livelli biologici, non appena
ci si sposta dallo stato di equilibrio a condizioni lontane da
esso, entrano in gioco in modo sempre più decisivo i processi
irreversibili, che sembrano costituire la base di molti
processi di organizzazione spontanea e di comunicazione.
Quanto più il sistema si sposta dallo stato di equilibrio, tanto
più si sposta dal ripetitivo e dall’universale verso lo specifi
co e l’unico.
In termini antropomorfi ci, in condizioni di lontananza
dall’equilibrio la materia comincia ad essere capace di percepire
differenze nel mondo esterno, scambia messaggi, si
auto-organizza, può reagire con grandi effetti a piccole cause,
può trovarsi di fronte a biforcazioni: una piccola fl uttuazione
potrà allora dare inizio ad una nuova evoluzione che
cambierà drasticamente l’intero comportamento del sistema
macroscopico.
Possiamo resistere alla tentazione di estendere il discorso
a tutto il cosmo, ben lontano dall’equilibrio nel suo complesso,
o addirittura ai sistemi sociali, alla storia umana?
Noi ci dovremmo invece chiedere, a questo punto, se non
esistano gradi diversi di complessità, e quali siano i parametri-base
per defi nirli. Senza addentrarci troppo in disquisizioni
fi losofi che o nominalistiche, il comportamento del
Sistema Terra, tanto per entrare nel vivo della nostra discussione,
ha degli aspetti tali da richiamare i concetti-base della
complessità, così come sono emersi fi nora?
Informazione mancante o proprietà intrinseca
Nel dibattito tra chi sosteneva che la complessità di un
sistema fosse solo l’informazione mancante sul suo funzionamento,
e chi invece la riteneva un elemento essenziale,
una proprietà intrinseca che non scompare anche quando il
funzionamento del sistema può essere ricostruito completamente
a partire dai suoi elementi semplici, i geologi non
presero posizione. Erano semplicemente assenti.
Nel 1996 si è tenuto a Santa Fe (New Mexico) il primo
congresso internazionale sui sistemi complessi nelle Scienze
della Terra, ma fi no a quindici-venti anni prima la cosa
sarebbe apparsa incomprensibile. Era come se il problema
non interessasse più di tanto, che riguardasse altri, mentre
l’approccio riduzionista continuava a dominare sia nella formazione
del geologo che nelle metodologie di studio, un po’
in tutto il mondo.
E così lo stesso dibattito su Gaia, che in qualche modo
appassionò una gran parte del mondo scientifi co, non trovò
grande eco proprio tra i più diretti interessati, gli studiosi
della Terra. Né il nascente dibattito sul costruttivismo attirò
più di una occhiata distratta.
Era invece giunto il momento in cui, svanite le antiche
Geoitalia 36, 2011 9