ORGANISMI VIVENTI: Corpo, Mente, Cervello (parte terza); quando appare la mente?

Post n. 16

Ma sulla scena della vita, quando appare la mente e quali sono questi “altri mezzi” che danno origine alla mente?

In riferimento alla capacità di formare biofilm Costerton e Steward in “Combattere i Biofilm”, Le Scienze 2001, dopo aver evidenziato che solo intorno alla metà degli anni novanta si è compresa la strategia di sopravvivenza dei batteri negli ambienti naturale, scrivono (il grassetto è mio): «In retrospettiva, genera stupore il fatto che sia occorso tanto tempo per decidere a prendere in considerazione il modo in cui i batteri effettivamente vivono. Dopo tutto, i biofilm batterici si trovano ovunque: la placca dentaria, lo straterello melmoso sulla roccia bagnata da un ruscello e la mucillagine che compare in un vaso di fiori dopo due o tre giorni ne sono alcuni esempi particolarmente familiari». E affermano: «In effetti, la diversità genetica dei microrganismi in grado di formare simili strutture e l’enorme varietà di ambienti che possono essere invasi da questi microrganismi ci fanno pensare che questa capacità debba essere una strategia molto antica di proliferazione di microrganismi».

Ma quanto antica?

Forti indizi,  in questa direzione, li possiamo trarre dallo studio dei fossili antichi.

Come abbiamo già visto in precedenti articoli, gli esperimenti di chimica prebiotica alla Miller hanno accertato che partendo da semplici molecole (come metano, ammoniaca, acqua, idrogeno, ossidi di carbonio ecc.) e con apporti di energia si sono formate un gran numero di sostanze organiche. È con queste sostanze organiche, attraverso un processo che ancora non abbiamo ben capito, che hanno avuto origine i primi organismi viventi.  Poiché l’ambiente era ricco di sostanze organiche, si può ritenere che le prime forme di vita siano state eterotrofe, cioè microrganismi che si nutrivano di sostanze che si trovavano nell’ambiente circostante. Si può anche ritenere che questi organismi abbiano dato origine molto rapidamente a organismi autotrofi, cioè organismi come i cianobatteri, che sintetizzano da soli le sostanze nutritive. In caso contrario, esaurite le scorte alimentari essi si sarebbero estinti e con essi la vita. Quanta rapida sia stata questa apparizione non è dato conoscere, forse un migliaio di anni o un milione, ma certamente i cianobatteri, se non proprio i primi, sono organismi antichissimi ed è grazie a loro che la vita ha potuto prosperare. 

In una località dell’Australia chiamata North Pole, che fa parte   del Pilbara Block, sono state individuate, nel 1976, delle strutture stratificate formate da piccoli granuli di calcare e silicati. Tali strutture, chiamate Stromatoliti sono state datate e risalgono a circa 3,5 miliardi di anni fa.

Odierni stromatoliti si trovano nella Shark Bay sempre in Australia. Nella parte superiore di queste strutture stratificate vivono comunità di microrganismi che secernono mucillagine. In particolare, lo strato superficiale è occupato da cianobatteri, cioè autotrofi che si procurano il cibo attraverso la fotosintesi. Lo strato immediatamente inferiore è occupato da solfobatteri o batteri purpurei, anch’essi autotrofi. Infine un ultimo strato è occupato da batteri eterotrofi anerobi, cioè batteri che possono vivere solo in assenza di ossigeno e si nutrono di sostanze prodotte dagli autotrofi.

Si ritiene che le antiche Stromatoliti, risalenti a 3,5 miliardi di anni fa, si siano formate da sedimenti e dall’attività di colonie batteriche simili a quelle odierne.

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Nella zona di North Pole, in un’unità rocciosa nota come selce di Apex e datata 3,465 miliardi di anni, nel 1986 J. William Schopf ha scoperto i più antichi fossili fino ad oggi conosciuti e chiamati “fossili di Apex”. Schopf ha pubblicato   il risultato delle sue ricerche nel 1993. Egli ha ripreso  e commentato la sua scoperta, in una visione più ampia, in  un saggio, “La culla della vita” 2003. In questo saggio egli scrive: «Le cellule fossili, analizzate al microscopio ad alta risoluzione in sezioni petrografiche sottili o in residui resistenti agli acidi, spesso mostrano caratteristiche di dimensione, forma, struttura cellulare e aspetto della colonia praticamente uguali a quelle di microrganismi attualmente viventi». «Diversamente dai filamenti del Proterozoico, questi “galleggiano”, disseminati come le uvette in una fetta di panettone, in spesse masse filiforme di quella che originariamente era una mucillagine gelatinosa. Molti procarioti e quasi tutti i cianobatteri secernono mucillagine dalle loro cellule, ma la comunità di Apex è la sola conosciuta nella quale i microrganismi vivevano inclusi in tali ammassi voluminosi. Poiché è l’unica comunità microbica nota in rocce così antiche, è impossibile dire se la secrezione di abbondante mucillagine fosse tipica». In riferimento allo scenario ambientale egli scrive: «Poiché la distanza Terra-Luna era minore, la Terra ruotava più rapidamente, le giornate erano più corte, le maree più imponenti e le tempeste più forti. I cieli erano di un caliginoso grigio acciaio, oscurati da tempeste di sabbia, nuvole vulcaniche e sottili detriti rocciosi sollevati dal bombardamento meteoritico. […] A causa della quasi totale assenza di ossigeno libero, l’ozono atmosferico (O₃), capace di assorbire i raggi ultravioletti, era ancora scarso, e la superfice terrestre era immersa in una luce ultravioletta letale per le prime forme di vita. Gli organismi dovevano ancora imparare a fronteggiare questo ambiente ostile […]». Questa mucillagine secondo Schopf: «[…] ha svolto un ruolo nell’aiutare questi primi microrganismi in evoluzione a fronteggiare un ambiente duro e inospitale».

Dunque 3,5miliardi di anni fa i primi organismi producevano mucillagine, cioè Biofilm. Ma la produzione di Biofilm è attivata dal “quorum sensing” che, come abbiamo visto nella seconda parte dell’articolo regola le più disparate funzioni dei batteri: lo scambio di materiale genetico, la mobilità delle cellule, la sintesi del biofilm, la produzione di sostanze tossiche, la comunicazione e la cooperazione non solo tra cellule della stessa specie ma anche tra batteri di specie diverse.

Quindi i microrganismi, già 3,5 miliardi di anni fa, vivevano come vivono oggi i batteri e infatti Shopf,  in merito all’evoluzione dei batteri, aggiunge: «In parole povere si ritiene che i cianobatteri hanno mantenuto lo status quo, con pochi o punti cambiamenti da quando hanno fatto irruzione sulla scena miliardi di anni fa» e chiama questo tipo di evoluzione ipobraditelia. Egli riprende quindi l’opinione già espressa dal famoso paleobotanico Elso S. Barghoorn che in un articolo del 1971 “I fossili più antichi” Le Scienze, affermava: «Tutti gli organismi il cui materiale genetico è disperso entro la cellula e la cui riproduzione non è condizionata da ricombinazione dei geni dei progenitori sono geneticamente conservativi. In organismi di questo tipo le rare mutazioni, invece di venire trasmesse, quando si rivelano utili, vengono eliminate in poche generazioni».

William Shopf inoltre nel capitolo 8 in merito alla documentazione fossile del precambriano, dopo aver evidenziato che questi fossili sono principalmente di forma sferica o a filamenti nastriformi aggiunge: «I fossili sferoidi possono presentarsi da soli, in coppie o in colonie composte da qualche unità, di centinaia o anche di migliaia di cellule, e sono spesso circondati da uno o più strati di una sottile membrana, residuo di capsule di mucillagine di rivestimento». In definitiva i precursori dei batteri già 3,5 miliardi di anni fa  vivevano come vivono oggi i batteri:  allo stato planctonico, cioè come cellule libere in un mezzo acquoso; allo stato sessile, cioè le une accanto alle altre a formare colonie. E per ciò che riguarda i filamenti nastriformi, dopo aver evidenziato che i batteri sono avvolti in una guaina mucillaginosa tubolare di rivestimento e che spesso si conserva solo la guaina a forma di spaghetto   scrive: «[…] si noti che tutti fossili o quasi possono rientrare in generi odierni, e addirittura il 40 per cento non è distinguibili da precisi cianobatteri viventi. Tutte le forme delle colonie conosciute nei gruppi moderni sono presenti nei fossili e le guaine tubolari fossili sono identiche per forma, dimensione e struttura fine a quelle delle corrispettive specie viventi».

Come abbiamo detto, odierni stromatoliti si trovano nella Shark Bay in Australia. Si ritiene che anche le antiche stromatoliti si siano formate da sedimenti e dall’attività di colonie batteriche  simili a quelle odierne. Schopf illustra la formazione delle stromatoliti: «Se però le condizioni cambiano, se ad esempio le piogge di primavera inondano la superfice di accrescimento ricoprendola di fango, i cianobatteri reagiscono. Il primo imperativo per tutti i viventi è restare in vita e per riuscirci i cianobatteri hanno bisogno di luce solare. Perciò, se uno strato di fango blocca i raggi del sole, i tipi filamentosi si sbarazzano del loro rivestimento mucillaginoso e strisciano verso l’alto attraverso  i sedimenti per trovare di nuovo una superfice esposta al sole, che poi rapidamente colonizzano. I batteri fotosintetici del sotto feltro, anch’essi bisognosi di luce solare, ne seguono l’esempio liberando a loro volta uno spazio, subito occupato dagli anaerobi che risalgono dal basso per alimentarsi di qualsiasi materiale organico abbandonato».

Quindi imperativo per tutti i viventi è restare in vita  e per riuscirci essi si muovono entro schemi se…allora.

In conclusione la documentazione fossile ci fornisce forti indizi che per 3,5 miliardi di anni la vita dei batteri è rimasta quasi immutata. Già all’alba della vita essi, a secondo delle condizioni ambientali, vivevano sia allo stato planctonico che allo stato sessile. La mucillagine, oggi chiamata biofilm era già presente 3,5 miliardi di anni fa. E se il biofilm era già presente in tali organismi, allora era già attivo il “quorum sensing”.

 È da presumere quindi che i procarioti siano stati, già dalla loro origine, in possesso di: ragionamenti, comunicazione, linguaggi, comportamenti sociali, intelligenza, informazione, altruismo, cioè in definitiva una mente.
Come abbiamo evidenziato nel precedente articolo, si ritiene che la massa organica di batteri e cianobatteri sia, oggi, doppia della massa di tutti gli altri organismi viventi del pianeta.
Ed è allora da presumere che solo il possesso delle caratteristiche sopra elencate, solo il possesso di una mente, ha permesso alle cellule primitive, comparse 3,5 miliardi di anni fa, di dominare il mondo per i primi 2 miliardi di anni e di essere ancora oggi protagonisti della vita del nostro pianeta.
E se la vita, come si ritiene, ha avuto inizio con i procarioti, allora: apparsa la vita appare la mente; la mente appare prima della comparsa del cervello.
La mente deve essere stata una proprietà emergente, nel senso dato all’emergenza da Ernst Mayr in “L’unicità della biologia”2005: «La comparsa di caratteristiche impreviste in sistemi complessi». «Essa non racchiude nessuna implicazione di tipo metafisica». «Spesso nei sistemi complessi compaiono proprietà che non sono evidenti (né si possono prevedere) neppure conoscendo le singole componenti di questi sistemi».
Ma quali sono questi “altri mezzi” che danno origine alla mente e perché è apparsa la mente?

                                                                                                     Giovanni Occhipinti

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