Elogio del riduzionismo ovvero dell’evoluzione del pensiero scientifico

<L’approccio del “risolvere un grande problema trovando le cose microscopiche che sono rotte ed aggiustarle” è chiamato riduzionismo – se si vuole comprendere un sistema complesso, bisogna scomporlo nelle parti che lo costituiscono. Il pensiero riduzionista ha dominato la scienza occidentale per secoli, aiutando l’Occidente a tirarsi fuori dal pantano dell’età medievale. Il riduzionismo può essere una gran bella cosa. Essendo stato bambino all’epoca di Jonas Salk, sono immensamente felice di aver beneficiato di un prodotto della scienza riduzionista, ovvero il vaccino scoperto da lui (o da Albert Sabin, ma non ci addentriamo in questo argomento), invece di aver avuto un pediatra che facesse una cerimonia su di me armato di ciondoli feticci e interiora di capra per propiziarsi il demone della polio. Gli approcci riduzionisti alle scienze mediche ci hanno fornito vaccini, farmaci che bloccano fasi specifiche della replicazione virale e hanno identificato precisamente quale parte di noi si guasta in moltissime malattie. È grazie al riduzionismo se, nel corso dell’ultimo secolo, la nostra aspettativa di vita è aumentata considerevolmente. Perciò, se si vuole comprendere la biologia del ciò che siamo […], l’approccio riduzionista fornisce regole del gioco piuttosto chiare: capire gli individui che formano la società; capire gli organi che costituiscono gli individui, le cellule che formano gli organi e, scendendo fino alle fondamenta dell’intero edificio, capire i geni che danno istruzioni alle cellule su cosa fare. Questa prospettiva ha dato luogo a un’orgia di ottimismo riduzionista nella forma del progetto di ricerca più dispendioso della storia delle scienze naturali, ovvero il sequenziamento del genoma umano>

Era il 2005 quando Robert M. Sapolsky scriveva nell’introduzione al suo “Monkeyluv: and other essays on our lives as animals”, che nella traduzione italiana de I Timoni – Castelvechi editori (2014) suona così: “l’uomo bestiale: come l’ambiente e i geni costruiscono la nostra identità“, quanto ho appena riportato.

Il suo elogio del riduzionismo è la base per evidenziare come ridurre il comportamento umano alla risultante lineare dei comportamenti dei geni contenuti nel DNA sia sbagliato. L’approccio più corretto è prendere in considerazione l’effetto combinato di geni ed ambiente. Insomma, usando un linguaggio più pop, la comprensione dell’uomo passa attraverso un approccio “olistico” che deve considerare tutto l’insieme, interno ed esterno, di ciò che caratterizza l’essere umano.

Non sono un neurofisiologo né un osservatore del comportamento umano; non sono in grado di sostenere o controbattere le argomentazioni di Sapolsky nel suo campo. Per questo mi addentro nel campo che mi è più congeniale che è quello chimico.

Indubbiamente scomporre un sistema complesso nelle sue singole componenti ha consentito l’enorme sviluppo scientifico degli ultimi 4 secoli. Se oggi sappiamo quante sono le forze che tengono insieme i nostri atomi e, nel loro complesso, l’insieme di atomi alla superficie terrestre, è perché qualcuno è andato a smontare la materia ed ha visto da cosa è composta.

L’approccio riduzionista è quello che ha permesso lo sviluppo di tecniche analitiche come la cromatografia in fase liquida o quella in fase gassosa; la risonanza magnetica nucleare ad alta e bassa risoluzione, e tutta una serie di tecniche oggi riconosciute come incomparabili per la valutazione della qualità degli alimenti o per la loro tracciabilità (questo tanto per stimolare la corda più populista di chi si preoccupa di sapere se l’olio extravergine che usa è tunisino o viene fatto raccogliendo le olive dietro casa).

Tuttavia, sebbene fin dagli albori della scienza ai giorni nostri ha prevalso l’idea che le proprietà di tutti i sistemi fossero comprensibili solo sulla base di una loro scomposizione nelle diverse componenti elementari e che la somma delle proprietà di ciascuna risultasse, in qualche modo, nelle proprietà dell’intero sistema, appare chiaro, oggi, che non è così. Usando un linguaggio matematico, si può dire che le proprietà dei sistemi complessi non sono una combinazione lineare delle proprietà delle singole componenti, quanto, piuttosto, la risultante delle  loro interazioni non lineari. Le eventuali relazioni lineari debbono essere considerate solo come caso particolare di quello più generale che si inquadra nella già citata relazione non lineare.

Un esempio abbastanza banale è il principio di Le Chatelier: quando un sistema all’equilibrio chimico viene perturbato per effetto di un’azione esterna, il sistema reagisce in maniera da ridurre o annullare la sollecitazione stessa ristabilendo l’equilibrio. Per esemplificare questa definizione prendiamo un composto A che, in una soluzione, è in equilibrio con il composto B secondo l’equazione:

dove n e m sono i coefficienti stechiometrici. Il sistema sotto osservazione contiene due componenti (A e B) che interagiscono tra loro in modo tale che aumentando la concentrazione del reagente A, la reazione si sposta a destra producendo una maggiore quantità di prodotto B. Allo stesso modo introducendo una certa quantità di B, la reazione si sposta verso sinistra portando alla formazione di A.

Pur sapendo che il sistema è fatto da due componenti  le cui proprietà possono essere studiate indipendentemente le une dalle altre, non possiamo dire che il comportamento del sistema nella sua totalità sia dato dalla combinazione lineare della concentrazione delle singole componenti (la concentrazione è una proprietà intensiva). Infatti, è possibile dimostrare che la relazione che lega la concentrazione di A a quella di B all’equilibrio chimico è:

dove k è comunemente indicata come costante di equilibrio (la x indica semplicemente l’operazione di moltiplicazione).

Possiamo concludere, da questo semplice esempio, che l’equilibrio chimico (croce di tutti gli studenti e delizia di tutti i docenti) non è altro che una proprietà delle soluzioni, emergente dalle interazioni non lineari delle proprietà (in questo caso la concentrazione) delle singole componenti della soluzione.

La storia della scienza (e,  nella fattispecie, della chimica in particolare) è ricca di esempi di questo tipo.

Volendo considerare un caso più complesso si può citare l’allosterismo. “L’allosterismo rappresenta una delle modalità  di regolazione della funzione di alcune proteine, di solito oligomeriche, […]; fra queste si ricordano l’emoglobina e numerosi enzimi”.  Originariamente proposta da Jaques Monod, la regolazione allosterica delle proteine consiste nel fatto che un piccolo metabolita si lega ad uno dei siti attivi della proteina modificandone la conformazione (ovvero la struttura tridimensionale) ed alterandone nel contempo le funzionalità (sia migliorandole, allosterismo positivo, che inibendole, allosterismo negativo). L’esempio più semplice è la regolazione allosterica positiva dell’emoglobina da parte della molecola di ossigeno. È noto che l’emoglobina è una proteina complessa costituita da quattro sub unità proteiche ognuna con un sito attivo che prende il nome di “gruppo eme“. Quando una molecola di ossigeno si lega al gruppo eme di una delle sub unità, la conformazione di questa sub unità si modifica secondo una modalità che potrebbe essere vista come una mano che si chiude a pugno dopo aver afferrato un oggetto. Le modificazioni conformazionali della sub unità suddetta modificano quelle delle altre sub unità che appaiono, quindi, nella nuova situazione come delle mani più aperte pronte ad afferrare un nuovo oggetto. Grazie a queste modificazioni conformazionali, la seconda molecola di ossigeno è in grado di legarsi al secondo sito attivo più velocemente di quanto  abbia fatto la prima molecola di ossigeno. A seguito di questa seconda interazione, le sub unità ancora libere subiscono delle ulteriori modificazioni conformazionali  aprendosi ancora di più e permettendo ad una terza molecola di ossigeno di legarsi ancora più velocemente rispetto alle prime due. La terza molecola di ossigeno induce dei nuovi cambiamenti conformazionali nell’ultima sub unità libera cosicché essa riceve l’ultima molecola di ossigeno con una facilità ancora maggiore rispetto alle precedenti. Da un punto di vista matematico l’allosterismo dell’emoglobina non è descrivibile mediante una relazione lineare, bensì attraverso una sigmoidale (Figura 1).

Figura 1. Curva di dissociazione dell’emoglobina. E’ evidente l’andamento a forma di S (sigmoidale) della curva (Fonte dell’immagine: http://docplayer.it/19154-Nel-definire-l-assistenza-al-neonato-con-insufficienza-respiratoria-e-necessario-considerare-che.html)

Come nel caso dell’equilibrio chimico su descritto, anche l’allosterismo non può essere considerato semplicemente come la risultante di una combinazione lineare delle proprietà delle singole sub componenti di un enzima/proteina, quanto piuttosto come una proprietà emergente dalle loro interazioni non lineari.

Tutta la chimica (dalla chimica organica, alla biochimica, alla chimica del suolo e così via) è ricca di sistemi complessi le cui proprietà emergono dalle interazioni tra le singole sub unità componenti. Come non ricordare, per esempio, la complessità del metabolismo in cui ogni singolo metabolita rappresenta solo un dente di un ingranaggio ben più complicato le cui caratteristiche non sono la somma di quelle dei singoli denti, ma da essi derivano. In questa ottica va inserito il concetto di vita vista come una proprietà che emerge dalle complesse interazioni occorrenti nei processi metabolici.

Qual è dunque l’importanza del riduzionismo nell’ottica scientifica attuale?

Nato come “concezione epistemologica che tende a formulare concetti e linguaggio di una teoria scientifica nei termini di un’altra teoria considerata più fondamentale“, il riduzionismo si è basato, a partire dal XVII secolo, “sull’ipotesi che tutta la realtà fisica possa essere in definitiva ‘ridotta’ (e spiegata) in termini di particelle materiali e dei loro movimenti“. L’idea che tutta la realtà fenomenologica potesse essere spiegata solo sulla base delle conoscenze delle caratteristiche delle singole componenti microscopiche è stata superata solo nel XX secolo quando ci si è resi conto che conoscere le proprietà delle tessere di un puzzle non aiuta a comprendere il disegno contenuto nel puzzle se non si riesce ad inserire ogni singola tessera nella giusta posizione dello schema del gioco. Da qui la rilettura in termini di proprietà emergenti di tutti i concetti scientifici come, per esempio, il principio di Le Chatelier precedentemente discusso.

Il riduzionismo deve essere, quindi, considerato come un approccio che consente non solo di conoscere i singoli dettagli della realtà fisica fino alle dimensioni microscopiche, ma anche in grado di riporre le varie sub componenti della stessa nella giusta posizione rispetto a tutte le altre in modo da poter riprodurre con accuratezza le proprietà macroscopiche dell’intero sistema rappresentato dalla realtà osservata. In questa ottica il giudizio (secondo la mia lettura, negativo) di Sapolsky in merito alla dispendiosità del progetto di ricerca sul genoma umano mi lascia molto perplesso. È pur vero che la conoscenza del genoma non risponde a tutte le domande che ci possiamo porre in merito al comportamento umano, ma è anche vero che attribuire ai geni la responsabilità di ogni cosa è solo una trovata di un giornalismo di bassa lega che deve fare business e vendere un prodotto a un pubblico le cui conoscenze scientifiche sono mediamente basse. Si tratta dello stesso pubblico che ha necessità di trovare delle correlazioni di causalità laddove esistono solo relazioni di casualità come nel caso dell’omeopatia e dell’autismo causato dai vaccini. Mi trovo, invece, molto d’accordo sull’idea dell’interazione corredo genetico/ambiente nello sviluppo del comportamento umano in quanto questo modo di pensare si inserisce molto bene nel modello di riduzionismo emergentista di cui si è discusso fino ad ora.

Fonte dell’immagine di copertina: https://universitarianweb.com/2014/05/08/mente-e-cervello-il-riduzionismo-delle-neuroscienze/

Articolo pubblicato anche su www.laputa.it

Perché si diventa scienziati? Considerazioni personali sullo sviluppo di una personalità scientifica

Chi di noi non ha mai letto la biografia, magari romanzata, di un grande scienziato? Io ho letto, per esempio, quella di Born (sapevate che era il nonno di Olivia Newton John, l’attrice protagonista di Grease di cui tutti quelli della mia età erano innamorati da piccoli?), quella di Rutheford, quella di Feynman e tante altre ancora. In genere, si impara molto leggendo queste biografie. Forse è anche dalla lettura delle vite di queste persone assurte all’Olimpo della scienza che ho ricevuto l’input per la passione per la chimica, oltre alla curiosità più profonda di capire come è fatto il mondo e quali sono i meccanismi che lo muovono al di là delle semplici risposte di natura religiosa che non mi hanno mai soddisfatto. Avrei potuto essere un fisico, ma, a dire la verità, ai tempi in cui ho fatto le mie scelte di vita, la fisica non mi attirava molto. Ero molto più attratto dagli intrugli e da come essi si combinavano tra loro.

Ciò a cui, però, il mondo della lettura e della fantasia non preparano è la quantità enorme di delusioni, intervallate da sporadici successi, che costituiscono il pane quotidiano per chi fa scienza. Sono più le domande che rimangono senza risposta che quelle alle quali si riesce a rispondere. Ed anche quando viene data una risposta, essa è sempre aleatoria; non si sa mai se la risposta è arrivata perché è solo una costruzione delle proprie aspirazioni o perché, fatti salvi gli errori che tutti possono commettere, si è giunti ad una conclusione oggettiva.

Solo il tempo può dire se una certa risposta è sbagliata ed è soggetta al pregiudizio di conferma.

Che cosa spinge una persona a percorrere una strada irta di difficoltà fin da quando intraprende i suoi studi? Sì, perché se uno decide di non “parcherggiarsi” all’università, deve sacrificare vita sociale, divertimento e tutto quello che può attirare un ragazzino di una ventina di anni, sull’altare di un futuro incerto fatto solo di aspirazioni. Venticinque anni fa, quando mi sono laureato, non avrei mai pensato che oggi sarei stato un professore ordinario in una università Italiana intento a fare ricerca, didattica e, da poco, anche tentativi di divulgazione scientifica generalista.

Forse la risposta alla mia domanda l’hanno già data in molti. Ci sono certamente diversi fattori che concorrono. Uno l’ho già citato. La curiosità di scoprire come funziona la “macchina” mondo. Ho trovato una risposta? Sì, ma non è questo il momento di parlarne.

L’altro fattore che spinge una persona ad incamminarsi nel mondo scientifico è la sua voglia di non crescere mai. Quello che accomuna tutti gli scienziati, ed io non faccio eccezione, è l’eterno fanciullo che è in noi che ci fa chiedere sempre la stessa cosa: “perché?”. Il punto è che mentre da piccoli abbiamo come riferimento gli adulti (nella maggioranza dei casi i genitori) nel nostro giochetto dei perché, man mano che cresciamo (e le domande diventano sempre più complesse) i punti di riferimento vengono a mancare. Per questo motivo siamo costretti a rispondere noi stessi alla nostra eterna domanda. Da qui nasce l’esigenza di fare esperimenti e di “giocare” in laboratorio.

Ma proprio come tutti i bambini, abbiamo dei comportamenti e dei difetti che sappiamo mascherare più o meno bene.

Cosa fa un bambino quando gli viene offerto un giocattolo? Se ne appropria e lo abbraccia evidenziandone il possesso con “è mio!”. Uno scienziato si comporta nello stesso modo. Una delle più grandi soddisfazioni di uno scienziato è la consapevolezza di essere l’unico detentore di una data conoscenza (la sua scoperta) nell’intervallo di tempo che occorre tra il momento della scoperta e la sua divulgazione mediante una pubblicazione scientifica. Lo scienziato abbraccia virtualmente il suo “giocattolo” e tra sé e sé urla “è mio!”.

Proprio come un bambino, però, la consapevolezza del possesso non basta. Un bambino ha bisogno di ribadire al mondo che l’oggetto è suo. Per questo motivo il bambino cerca di richiamare l’attenzione dei “grandi” facendo i capricci. Il bambino si sente osservato e con piglio deciso grida “è mio”. Gli scienziati fanno lo stesso. Mentre nei bambini, entro certi limiti, questo comportamento può essere divertente, negli adulti si tratta di personalità narcisistica.

Certo divulgare le proprie scoperte implica l’accrescimento delle conoscenze umane. Questa è la giustificazione etica che ognuno di noi dà del proprio comportamento perché non ammette che, in realtà, tutti noi, come i bambini, siamo dotati di un ego, più o meno sviluppato, che ci impedisce di “stare buoni”. Dobbiamo primeggiare; dobbiamo richiamare l’attenzione; odiamo essere trascurati. Proprio come i bambini che fanno i capricci per richiamare l’attenzione dei grandi appartati a parlare di cose “da grandi”, noi abbiamo bisogno del nostro mondo scientifico e dei nostri “giochetti” (è il nostro modo di fare i capricci) per rigenerare continuamente la nostra autostima. Insomma abbiamo quella che ho prima definito “personalità narcisistica”.

Se il giochetto ci viene tolto, facciamo i capricci, gridiamo “dammelo è mio”. Da qui nasce, per esempio, una certa disonestà intellettuale che fa agire certi revisori in modo scorretto ritardando la peer review di lavori di “bambini” concorrenti che sono arrivati prima al possesso del “giocattolo” o addirittura bocciando lavori per impossessarsene mediante la sostituzione del nome dei veri autori col proprio [1]. “Il giocattolo è mio!”

Perché si diventa scienziati? Perché non si vuole uscire dal mondo dei sogni e si vuole restare bambini. Questo, tuttavia, comporta che, accanto alla capacità di “volare alto”, si acuiscono, piuttosto che scomparire, i difetti legati all’egocentrismo ed all’autostima tipici dei bambini.

Quanti dei miei colleghi che mi leggono sono d’accordo con questa analisi?

Riferimenti

[1]https://www.facebook.com/RinoConte1967/photos/a.1652785024943027.1073741829.1652784858276377/1905050496383144/?type=3&theater

Sui pregiudizi di conferma

Gestisco da un po’ di tempo diverse pagine e gruppi di carattere scientifico e aiuto, per il poco che so fare, nella pagina Bufale e Dintorni a “sbufalare” quelle pochissime cose di cui mi intendo e che sono legate esclusivamente alla chimica.

Ho notato che tutti i gruppi e le pagine sono animate da persone che hanno un atteggiamento scettico di fronte a cose improbabili e tutti si dicono amanti della scienza.

Ultimamente, però, sto ponendo particolare attenzione all’omeopatia e al fatto che si basa sul nulla. Ciò che salta subito agli occhi quando vado a visualizzare le statistiche delle pagine è un deflusso di “like” ogni volta che si affronta questo argomento. Si osserva quello che studiosi del settore definiscono “polarizzazione”, ovvero rimangono ad “ascoltare” ciò che c’è da dire solo coloro che la pensano nello stesso modo del/dei gestore/i della pagina. Ne viene che anche le persone che si dicono scettiche ed amanti della verità scientifica hanno difficoltà ad accettare discussioni oggettive su argomenti che vanno a toccare certi aspetti della loro sensibilità.

Mi sono sempre chiesto perché accada una cosa del genere. Perché persone che si dicono amanti della scienza si comportano come i “complottari” contro cui in altre circostanze e per altri argomenti si scagliano?

Non sono uno psicologo, né uno studioso di comportamento umano per cui le mie riflessioni sono solo soggettive e non hanno nessuna pretesa.

Da ingenuo, ho sempre pensato che tutti quelli che sono senza adeguata preparazione scientifica sono anche coloro che per primi non sono in grado di sostenere argomentazioni oggettive. Ma non è così. Ho potuto notare che anche tra gli insospettabili miei colleghi ci sono quelli che non accettano il contraddittorio su certe argomentazioni o prendono sul personale dei miei commenti che non hanno alcuna velleità ad hominem (per non parlare di quelli che sono iper specializzati nel loro settore ma pensano di poter mettere bocca su tutto facendo poi figure barbine quando dimostrano la loro incompetenza in campi di cui conoscono solo il nome). Anche io stesso mi rendo conto di avere difficoltà ad accettare certe posizioni contrarie alle mie convinzioni.

Rispetto a chi non ha una adeguata preparazione scientifica, chi si occupa di scienza è un po’ più allenato a riconoscere i pregiudizi di conferma, ma c’è comunque un punto oltre il quale non si riesce ad andare. È perché oltre una certa età ci si innamora delle proprie idee e dei propri modelli? Si è troppo innamorati di se stessi come ho già detto altrove [1]? Forse la molla narcisistica è accentuata in tutti noi?

Qualcuno ha risposto evidenziando che le persone tendono a ritenere come poco importanti le contro argomentazioni alle loro convinzioni selezionando in questo modo solo i dati sperimentali che consentono di confermare il proprio modo di pensare [2]. Si tratta di ciò che viene definito cherry picking. Altri, studiando il comportamento nei social network, hanno raccolto un gran numero di dati in base ai quali è possibile riconoscere nel comportamento di ognuno una selezione della propria echo chamber (camera dell’eco in cui risuona un solo modo di pensare) in modo tale da sentirsi al sicuro e protetti [3].

Sebbene non sia detto esplicitamente da nessuna parte, forse perché gli autori che ho citato non sono specialisti in biologia evolutiva (nemmeno io lo sono, ma su Facebook mi posso spingere oltre per innescare un dialogo con i miei lettori più esperti), mi sono convinto che un comportamento del genere, ovvero la creazione delle echo chambers, sia qualcosa di atavico legato alle epoche in cui l’essere umano si aggregava in micro società in cui tutti avevano come obiettivo comune la sopravvivenza del gruppo attraverso la protezione dei singoli individui della comunità. La trasposizione in chiave internettiana delle tribù primitive si traduce, quindi, nella cosiddetta polarizzazione che porta ognuno di noi a spegnere la razionalità su certi particolari argomenti e circondarsi solo di persone che la pensano come noi.

Si può fare qualcosa? Forse solo lo sviluppo culturale può contrastare una esigenza primordiale, ma occorre tempo e, per quanto ne posso capire io che esperto non sono, siamo ancora agli inizi.

Riferimenti
[1] https://www.facebook.com/RinoConte1967/posts/1911049185783275:0
[2] https://phys.org/…/2017-01-facts-beliefs-identity-seeds-sci…
[3] W. Quattrociocchi et al 2016, Misunderstanding, Edagricoke

Pseudoscienze e pseudoscritture

Innanzitutto ringrazio Elena Porcelli che ho l’onore di avere tra i miei contatti per aver postato sul suo profilo l’articolo del Corriere Fiorentino che potete leggere a questo link:

http://corrierefiorentino.corriere.it/…/pultroppo-sto-areop…

Perché mi ha colpito? A parte la comicità delle situazioni descritte, mentre leggevo mi venivano in mente delle analogie con la pseudoscienza.

È ormai dal 2009 che ho un profilo Facebook. Questa pagina era il mio profilo privato trasformato poi in ciò che vedete ora. Fin dal 2009 giro per gruppi scientifici e leggo cose “che voi umani…”

Ci sono quelli che difendono a spada tratta la memoria dell’acqua in barba a tutte le evidenze scientifiche contrarie; ci sono quelli che discutono di quantomeccanica elaborando teorie astruse solo sulla base della lettura di saggi divulgativi; ci sono quelli che legano memoria dell’acqua e quantomeccanica per avallare fenomeni inesistenti come quelli legati all’omeopatia oppure alla rabdomanzia; ci sono quelli che negano la validità dei vaccini perché ormai le malattie sono scomparse (solo nella loro mente, purtroppo). Tutti questi personaggi sono anche piuttosto prolifici in termini di parole inutili messe anche nero su bianco in forma di libri. Proprio ieri ero in una famosa libreria e, mio malgrado, mi sono avvicinato al reparto “medicina”. Non ho trovato un solo libro, dicasi UNO, che trattasse in modo serio di medicina; erano esposti libri sull’omeopatia pediatrica, sul China study, sulla dieta alcalina, su quella del gruppo sanguigno, sui fiori di Bach e potrei continuare. In mezzo a questo marasma di carta straccia e parole inutili, solo poche copie del libro del Prof. Burioni, unica luce in un mare di oscurità prescientifica.

Ecco, mentre leggevo l’articolo del Corriere Fiorentino mi sono immedesimato nell’editor che è costretto a leggere castronerie di ogni tipo e dare risposte a gente che ritiene di essere un novello Pirandello, come novelli Giordano Bruno, redivivi Galileo Galilei o incompresi Tesla sono tutti gli pseudo scienziati che affollano, col loro noioso rumore di fondo, il mondo della rete internet.