giovedì, gennaio 15, 2009

La fisica e la biologia dell'emergenza: differenze tangibili e convergenze possibili.


Il concetto di auto-organizzazione è uno dei cardini della teoria della complessità, e ha destato molta attenzione la sua ubiquità in natura, particolarmente in diversi sistemi fisici. Richiede un certo coraggio associare questa proprietà ai sistemi biologici, specie nel caso di animali, dei quali non si possono trascurare le evidenti capacità cognitive, ancorché primordiali o elementari.
Per tornare ancora sugli insetti sociali, riporto un brano tratto da un'intervista a J.L. Deneubourg, chimico belga autore di parecchia ricerca sul tema dei comportamenti collettivi biologici, che aiuta nel difficile compito di contestualizzare l'auto-organizzazione nell'ambito degli animali sociali.

Se posizioniamo delle termiti sul fondo di una capsula Petri riempita di terra, notiamo che le termiti si adoperano a costruire pilastri distribuiti in maniera più o meno regolare. In questo caso abbiamo un fenomeno di pura autorganizzazione. Perché le termiti masticano delle palline di terra, le impregnano di feromone e infine le depositano, inizialmente a caso. Ma una pallina intrisa di feromone e in seguito depositata incita le altre termiti a depositare un'altra pallina nello stesso posto; in questo modo viene avviato un processo autocatalitico, che conduce allo sviluppo di un pilastro. [...] Questo processo di deposito di materiale e di attrazione esercitata dall'odore è sufficiente perché si produca una struttura spaziale regolare, ovvero una distribuzione regolare dei pilastri. Ma non esiste nessuna regola esplicita di misurazione nel cervello delle nostre piccole termiti. Non c'è nessuna istruzione nel sistema. La struttura emerge dalla dinamica, senza nessuna codificazione esplicita. Siamo molto vicini alla situazione prevalente in chimica e in fisica chimica.
J.L. Deneubourg, in La teoria della complessità di R. Benkirane.
Deneubourg mette giustamente in guardia dalla facile generalizzazione, dato che non tutti i comportamenti degli insetti possono essere ricondotti a schemi di auto-organizzazione in senso fisico:
E' a questo punto che iniziamo a distinguerci dai nostri colleghi che lavorano sull'auto-organizzazione chimica - e che sono prigionieri dell'auto-organizzazione! - in quanto l'animale non è come una molecola, e a differenza di quest'ultima è in grado di elaborare l'informazione. Talvolta abbiamo degli schemi di decisione, dei modi e delle procedure che non sono autorganizzate, ma che utilizzano la complessità individuale o la centralizzazione. A questo proposito possiamo ricorrere alla spiegazione di ciò che chiamiamo [...] template, vale a dire uno schema di organizzazione in cui la struttura che appare non risulta in realtà da una dinamica non lineare tra diversi elementi, ma corrisponde semplicemente a una struttura preesistente che non siamo in grado di vedere.
A proposito della costruzione della cella della termite regina, osserva:

[...] Siamo in presenza di un sistema che sembra molto sofisticato, mentre in realtà è molto più semplicemente la messa in atto di un piano, un pattern chimico.
[...] non ci troviamo in un quadro di autorganizzazione.
[...] l'autorganizzazione è definibile come la capacità di un gruppo di elementi di produrre una struttura a livello di insieme, senza che si avverta, alla scala del comportamento individuale, anche solo una minima traccia evidente di questa struttura.
Nell'esempio delle termiti [...] se avessi uno strumento in grado di farmi percepire il campo olfattivo intorno alla regina noterei una sorta di disegno tracciato dalle linee di isoconcentrazione del feromone, paragonabili alle curve di livello di una carta geografica, e vedrei che i mattoni della costruzione si dispongono seguendo una linea ben precisa. In qualche modo dunque il piano è preesistente.
J.L. Deneubourg, in La teoria della complessità di R. Benkirane
Se quindi è lecito parlare di comportamento emergente nei casi esposti, può invece essere improprio riferirsi ad essi in termini di auto-organizzazione. E questa è la prima conclusione cui possiamo arrivare nel caso di società di animali.
La seconda conclusione nasce invece dall'osservazione che l'auto-organizzazione, pur essendo una proprietà dinamica di un sistema di agenti - ovvero una proprietà della fisica del sistema - quindi non legata a capacità cognitive o alla presenza di "intelligenza", essa è scelta come strategia comportamentale in determinate circostanze dalle medesime collettività biologiche. La vera ragione del successo di questo tipo di comportamenti, che quindi sembra possibile riscontrare sia in biologia sia in fisica, pur con i dovuti distinguo, è sfuggente.
Le spiegazioni finora offerte dalla fisica poggiano sulla criticità auto-organizzata (SOC) oppure sui modelli di attaccamento preferenziale di Barabasi o della aggregazione limitata dalla diffusione (DLA).
Le spiegazioni in biologia, invece, affondano le proprie radici nell'evoluzione naturale.
Senza voler stabilire nessun primato dell'una sull'altra, concludo riportando che qualcuno (es. Stuart Kauffman) ha affermato che il denominatore comune potrebbe essere quel quarto principio della termodinamica che ancora nessuno ha potuto afferrare.

4 commenti:

lucacomello ha detto...

tema di ricerca affascinante... se poi ci mettiamo anche le organizzazioni sociali e le imprese in particolare... che cosa si puó dire, quali sono le relazioni tra i tre tipi di auto-organizzazione, fisica, biologica e sociale? o si tratta di un'unica auto-organizzazione?

Stefano ha detto...

E secondo me ne vedremo delle belle caro Luca.
Quella sociale è forse la dimensione più affascinante, ma anche la più difficile da trattare scientificamente.
Certo, bisogna avere molto poca immaginazione per non riuscire a vedere le affinità: nel mio piccolo, sono anche io alla ricerca di un denominatore comune. Ulteriori indizi sono benvenuti!

Anonimo ha detto...
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Anonimo ha detto...
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