14 Giu I sistemi complessi adattivi biologici: cosa sono e come funzionano

I sistemi complessi adattivi biologici: cosa sono e come funzionano

Noi facciamo parte dei CAS (Complex Adaptive Systems – Sistemi Complessi Adattivi). I Sistemi Complessi Adattivi biologici modificano il proprio comportamento in risposta ai cambiamenti e alle informazioni dell’ambiente in cui vivono. Sono in grado di adattarsi all’ambiente, e non sono separabili da esso. Possono apprendere, selezionare e ottimizzare la loro risposta ed evoluzione.
L’apprendimento, l’evoluzione e l’adeguamento sono sotto-processi di un unico funzionamento, in cui l’adattamento avviene attraverso la revisione e la ricombinazione degli elementi che compongono il sistema.
In particolare l’evoluzione è il processo che avviene grazie alla selezione di caratteristiche ereditabili. Le generazioni modificano e organizzano i loro elementi in base alle esperienze acquisite dalle generazioni precedenti.
Pensiamo ad esempio nei topi, che sono sempre più abili a sfuggire alle trappole. Oppure in ogni specie vengono selezionati gli esemplari che sanno cacciare meglio, e questo ha un’influenza a lungo termine sulle generazioni successive.

Analizziamo ora quali sono le basi dell’evoluzione:

Secondo Jacques Monod il cambiamento del codice genetico, che sta alla base dell’evoluzione, avviene secondo due presupposti: il caso e la necessità.
Il caso implica che ogni modifica del DNA possa avvenire solo in modo casuale. Monod infatti nel suo libro “Il caso e la necessità“, un must e uno dei miei libri preferiti, scrive:

Le alterazioni nel DNA sono accidentali, avvengono a caso. E poiché esse rappresentano la sola fonte possibile di modificazione del testo genetico, a sua volta unico depositario delle strutture ereditarie dell'organismo, ne consegue necessariamente che soltanto il caso è all'origine di ogni novità, di ogni creazione nella biosfera. Il caso puro, il solo caso, libertà assoluta ma cieca, è alla radice stessa del prodigioso edificio dell'evoluzione: oggi questa nozione centrale della Biologia non è più un'ipotesi fra le molte possibili o perlomeno concepibili, ma è la sola concepibile in quanto è l'unica compatibile con la realtà quale ce la mostrano l'osservazione e l'esperienza. Nulla lascia supporre (o sperare) che si dovranno, o anche solo potranno, rivedere le nostre idee in proposito.

La necessità stabilisce il criterio decisivo perché la natura selezioni il carattere genetico nuovo e lo mantenga, oppure lo elimini in quanto inefficace. Quindi mentre il caso agisce a livello genetico e molecolare, la necessità opera sull’organismo selezionandolo in chiave evolutiva.

I sistemi complessi adattivi sono sistemi auto-organizzanti: l’auto-organizzazione è la comparsa di schemi regolari, pattern, reti, network, non imposti direttamente dall’esterno, ma auto-assegnati e auto-costruiti dal sistema. Il comportamento organizzato è una proprietà emergente e spontanea delle interazioni locali non lineari tra le sottocomponenti del sistema.

Questo è cruciale: la proprietà emergente indica il fatto che il sistema esibisce proprietà inspiegabili sulla base delle leggi che governano le sue componenti se osservate singolarmente. E’ qui che il caos interviene tra i processi deterministici.

Nei sistemi complessi adattivi biologici, da un comportamento emergente nasce un nuovo livello di evoluzione sistemica.

Perché si verifichi un fenomeno o comportamento emergente sono necessarie due caratteristiche:
1) Una grande quantità di interazioni.
2) Una buona organizzazione. Senza un alto livello di organizzazione-efficienza le connessioni genererebbero solo “rumore di fondo”, e nessuna evoluzione tangibile dello stato sistemico. E’ interessante notare che la gerarchizzazione, facilitando l’organizzazione, è un fattore facilitante l’emergenza. Pare che il sistema debba raggiungere una giusta combinazione di organizzazione, diversità-specificità e connettività prima che si presenti il comportamento emergente.

Anche questi sistemi – come tutti i sistemi complessi – sono dinamici, quindi non ha senso parlare di equilibrio se non per intervalli di tempo quasi istantanei e in compartimenti molto ristretti. In pratica la parola omeostasi sembra fuorviante, quello che avviene è un continuo dinamismo. L’equilibrio che percepiamo è dato dal fatto che non riusciamo ad osservare ogni azione scomponendola dalle altre e perciò dal punto di vista singolare.

sistemi complessi adattivi CAS

I sistemi complessi adattivi biologici hanno numerosi livelli di organizzazione e ogni livello di gerarchia superiore emerge da quello precedente.

Ad esempio: le proteine formano le cellule, le cellule formano un tessuto, il tessuto forma un organo e così via, fino al sistema sociale o all’ecosistema. La gerarchizzazione è ordinata e avviene in modo ripetibile ed organizzato in ogni sottosistema. Ad esempio un insieme di macromolecole forma gli organelli cellulari, che costituiscono un neurone, che insieme ad altri formerà una rete neuronale, la quale farà parte del sistema nervoso centrale o periferico, i quali interagiranno con l’ecosistema circostante (che al mercato mio padre comprò! 😉 ).

Ogni sottocomponente del sistema è così descrivibile, non può mai essere isolata dalle altre se se ne vuole prevedere il comportamento, non è possibile escludere una parte del sistema dall’osservazione facendo finta che non esista. Anche se pensiamo di non considerarla, questa eserciterà sempre la sua influenza su ciò che stiamo osservando. In pratica questo approccio permette una visione olistica del sistema che si integra a quella riduzionistica (ovvero analizzante sempre più in profondità ogni singola parte dell’organismo), che ha il pregio di approfondire il livello di conoscenza, ma il difetto – se non accompagnata da questa visione – di rendere impossibile la comprensione dell’insieme e del “messaggio”.

In pratica il riduzionismo è il processo con cui si analizzano i singoli pixel che formano una lettera, ma deve essere accompagnato dall’analisi della frase per poter consentire la decodifica del messaggio.

C’è una proprietà fondamentale del sistema complesso, in particolare di quello adattivo biologico: l’auto-organizzazione.

Ogni sistema si auto-organizza in modo spontaneo. Come questo avvenga è ancora un mezzo mistero. Attraverso l’auto-organizzazione si esprime una proprietà emergente del sistema, ovvero una sua proprietà che emerge, rendendosi osservabile.
I sistemi complessi adattivi, ma in generale tutti i sistemi complessi, sono composti da agenti che operano in parallelo, in tempi diversi ma coordinati. Ogni sottosistema ha i suoi agenti, che agiscono in modo contemporaneo ma non sincronizzato. Vale a dire che ogni gruppo di cellule neuronali eseguirà le sue funzioni coi suoi tempi, contemporaneamente cellule intestinali faranno lo stesso in tempi diversi, e così via. Perciò l’osservazione di un istante, o di un lasso di tempo breve, non è sufficiente alla descrizione e comprensione di tutti i processi sistemici.

A cosa serve tutto questo?

Capire la logica con cui funziona il nostro organismo, e usare dei modelli che riguardano non solo noi ma anche esseri viventi, permette di approfondire e comprendere dinamiche che altrimenti sarebbero inspiegabili. Ad esempio, il pensiero, la coscienza, ma anche l’interazione sociale, così come le crisi allergiche, sintomi improvvisi o quadri patologici di ogni genere e tipo non possono essere compresi senza la conoscenza di questa logica del vivente, dell’interazione con l’ambiente, dell’adattamento, della comparsa dei fenomeni emergenti, dell’auto-organizzazione.

E’ solo se impariamo a osservare la logica che ci governa che possiamo radicalmente migliorare ed evolvere il nostro approccio alla scienza medica, alla salute e alla cura dei diversi problemi.

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