Un’ape nativa nel mio giardino (Credit: Ferris Jabr)

Sono stato affascinato dagli esseri viventi fin dall’infanzia. Crescendo nel nord della California, ho passato molto tempo a giocare all’aperto tra piante e animali. Alcuni dei miei amici ed io ci avvicinavamo di soppiatto alle api mentre impollinavano i fiori e le intrappolavamo in sacchetti Ziploc in modo da poter osservare da vicino i loro occhi di ossidiana e i capelli dorati prima di restituire gli insetti alla loro routine quotidiana. A volte costruivo rozzi archi e frecce dai cespugli del mio cortile, usando corteccia spelacchiata per la corda e foglie per il fletch. Durante le gite in spiaggia con la famiglia, ho imparato a scavare rapidamente i crostacei e gli artropodi dai loro nascondigli, osservando le bolle nella sabbia quando l’onda più recente si ritirava. E ricordo vividamente una gita della scuola elementare in un boschetto di eucalipti a Santa Cruz, dove migliaia di farfalle monarca in migrazione si erano fermate a riposare. Erano aggrappate ai rami in grossi globi marroni, che assomigliavano a foglie morte – fino a quando una si agitò e rivelò l’arancione ardente all’interno delle sue ali.

Momenti come quello – insieme a una serie di speciali televisivi di David Attenborough – hanno intensificato la mia passione per le creature del pianeta. Mentre mio fratello minore era ossessionato dal suo set K’Nex – costruendo meticolosamente elaborate montagne russe – io volevo capire come funzionava il nostro gatto. Come vedeva il mondo? Perché faceva le fusa? Di cosa erano fatti il pelo, gli artigli e i baffi? Un Natale ho chiesto un’enciclopedia degli animali. Dopo aver strappato la carta da pacchi da un libro enorme che probabilmente pesava la metà di me, mi sedetti vicino all’albero a leggere per ore. Non è troppo sorprendente, quindi, che ho finito per scrivere di natura e scienza per vivere.

Un aggeggio K’Nex (Credit: Druyts.t via Wikimedia Commons)

Di recente, tuttavia, ho avuto un’epifania che mi ha costretto a ripensare al perché amo così tanto gli esseri viventi e a riesaminare cosa sia davvero la vita. Da quando gli uomini hanno studiato la vita, hanno lottato per definirla. Ancora oggi, gli scienziati non hanno una definizione soddisfacente o universalmente accettata della vita. Mentre riflettevo su questo problema, ho ricordato la devozione di mio fratello per le montagne russe K’Nex e la mia curiosità per il gatto di famiglia. Perché pensiamo al primo come inanimato e al secondo come vivo? Alla fine, non sono entrambe macchine? Certo, un gatto è una macchina incredibilmente complessa capace di comportamenti sorprendenti che un set di K’Nex probabilmente non potrebbe mai imitare. Ma al livello più fondamentale, qual è la differenza tra una macchina inanimata e una vivente? Le persone, i gatti, le piante e le altre creature appartengono a una categoria e i K’Nex, i computer, le stelle e le rocce a un’altra? La mia conclusione: No. Infatti, ho deciso che la vita in realtà non esiste.

Consentitemi di approfondire.

I tentativi formali di definire con precisione la vita risalgono almeno ai tempi degli antichi filosofi greci. Aristotele credeva che, a differenza dell’inanimato, tutti gli esseri viventi avessero uno dei tre tipi di anima: anima vegetativa, anima animale e anima razionale, l’ultima delle quali apparteneva esclusivamente all’uomo. L’anatomista greco Galeno propose un sistema simile, basato sugli organi, di “anime vitali” nei polmoni, nel sangue e nel sistema nervoso. Nel XVII secolo, il chimico tedesco George Erns Stahl e altri ricercatori iniziarono a descrivere una dottrina che sarebbe diventata nota come vitalismo. I vitalisti sostenevano che “gli organismi viventi sono fondamentalmente diversi dalle entità non viventi perché contengono qualche elemento non fisico o sono governati da principi diversi rispetto alle cose inanimate” e che la materia organica (molecole che contengono carbonio e idrogeno e sono prodotte da esseri viventi) non poteva derivare dalla materia inorganica (molecole prive di carbonio che risultano principalmente da processi geologici). Esperimenti successivi hanno rivelato che il vitalismo è completamente falso – l’inorganico può essere convertito in organico sia all’interno che all’esterno del laboratorio.

Invece di impregnare gli organismi di “qualche elemento non fisico”, altri scienziati hanno cercato di identificare un insieme specifico di proprietà fisiche che differenziano i viventi dai non viventi. Oggi, al posto di una succinta definizione di vita, Campbell e molti altri libri di testo di biologia molto usati includono un elenco piuttosto gonfio di queste caratteristiche distintive, per esempio: ordine (il fatto che molti organismi sono costituiti da una singola cellula con diversi compartimenti e organelli o da gruppi altamente strutturati di cellule); crescita e sviluppo (cambiare dimensione e forma in modo prevedibile); omeostasi (mantenere un ambiente interno che differisce da uno esterno, come il modo in cui le cellule regolano i loro livelli di pH e le concentrazioni di sale); metabolismo (spendere energia per crescere e ritardare il decadimento); reagire agli stimoli (cambiare il comportamento in risposta alla luce, alla temperatura, alle sostanze chimiche o ad altri aspetti dell’ambiente); riproduzione (clonazione o accoppiamento per produrre nuovi organismi e trasferire informazioni genetiche da una generazione alla successiva); ed evoluzione (il cambiamento nella composizione genetica di una popolazione nel tempo).

Un tardigrado può sopravvivere senza cibo o acqua in uno stato deidratato per più di 10 anni (Credit: Goldtsein lab via Wikimedia Commons via Flickr)

È quasi troppo facile stracciare la logica di queste liste. Nessuno è mai riuscito a compilare un insieme di proprietà fisiche che unisca tutte le cose viventi ed escluda tutto ciò che etichettiamo come inanimato. Ci sono sempre delle eccezioni. La maggior parte delle persone non considera vivi i cristalli, per esempio, eppure sono altamente organizzati e crescono. Anche il fuoco consuma energia e diventa più grande. Al contrario, i batteri, i tardigradi e persino alcuni crostacei possono entrare in lunghi periodi di dormienza durante i quali non crescono, non metabolizzano e non cambiano affatto, eppure non sono tecnicamente morti. Come classifichiamo una singola foglia caduta da un albero? La maggior parte delle persone concorda sul fatto che, quando è attaccata a un albero, una foglia è viva: le sue numerose cellule lavorano instancabilmente per trasformare la luce del sole, l’anidride carbonica e l’acqua in cibo, tra gli altri compiti. Quando una foglia si stacca da un albero, le sue cellule non cessano istantaneamente le loro attività. Muore durante il tragitto verso il suolo; o quando colpisce il suolo; o quando tutte le sue singole cellule finalmente scadono? Se si strappa una foglia da una pianta e si mantengono le sue cellule nutrite e felici in un laboratorio, questa è vita?

Questi dilemmi affliggono quasi tutte le caratteristiche proposte della vita. Rispondere all’ambiente non è un talento limitato agli organismi viventi – abbiamo progettato innumerevoli macchine che fanno proprio questo. Anche la riproduzione non definisce un essere vivente. Molti singoli animali non possono riprodursi da soli. Quindi due gatti sono vivi perché possono creare nuovi gatti insieme, ma un singolo gatto non è vivo perché non può propagare i suoi geni da solo? Consideriamo anche il caso insolito della turritopsis nutricula, la medusa immortale, che può alternare indefinitamente tra la sua forma adulta e il suo stadio giovanile. Una medusa che vacilla in questo modo non produce prole, non si clona e non invecchia in modo tipico – eppure la maggior parte delle persone ammetterebbe che rimane viva.

Ma che dire dell’evoluzione? La capacità di immagazzinare informazioni in molecole come il DNA e l’RNA, di trasmettere queste informazioni alla propria progenie e di adattarsi a un ambiente che cambia alterando le informazioni genetiche – sicuramente questi talenti sono unici per gli esseri viventi. Molti biologi si sono concentrati sull’evoluzione come caratteristica distintiva chiave della vita. Nei primi anni ’90, Gerald Joyce dello Scripps Research Institute era membro di un comitato consultivo di John Rummel, all’epoca direttore del programma di esobiologia della NASA. Durante le discussioni sul modo migliore per trovare la vita su altri mondi, Joyce e i suoi colleghi giunsero a una definizione operativa di vita ampiamente citata: un sistema autosufficiente capace di evoluzione darwiniana. È lucida, concisa e completa. Ma funziona?

Esaminiamo come questa definizione gestisce i virus, che hanno complicato la ricerca per definire la vita più di qualsiasi altra entità. I virus sono essenzialmente filamenti di DNA o RNA impacchettati dentro un guscio proteico; non hanno cellule o un metabolismo, ma hanno geni e possono evolversi. Joyce spiega, tuttavia, che per essere un “sistema autosufficiente”, un organismo deve contenere tutte le informazioni necessarie per riprodursi e subire l’evoluzione darwiniana. A causa di questo vincolo, egli sostiene che i virus non soddisfano la definizione operativa. Dopo tutto, un virus deve invadere e dirottare una cellula per fare copie di se stesso. “Il genoma virale si evolve solo nel contesto della cellula ospite”, ha detto Joyce in una recente intervista.

Un gruppo di batteriofagi, virus che si sono evoluti per infettare i batteri (Credit: Dr Graham Beards via Wikimedia Commons)

Quando ci si pensa davvero, però, la definizione di lavoro della NASA della vita non è in grado di ospitare l’ambiguità dei virus meglio di qualsiasi altra definizione proposta. Un verme parassita che vive nell’intestino di una persona – ampiamente considerato come una forma di vita detestabile ma molto reale – ha tutte le informazioni genetiche necessarie per riprodursi, ma non sarebbe mai in grado di farlo senza le cellule e le molecole dell’intestino umano da cui ruba l’energia necessaria per sopravvivere. Allo stesso modo, un virus ha tutte le informazioni genetiche necessarie per replicarsi, ma non ha tutti i macchinari cellulari necessari. Affermare che la situazione del verme è categoricamente diversa da quella del virus è un argomento debole. Sia il verme che il virus si riproducono e si evolvono solo “nel contesto” del loro ospite. In effetti, il virus è un riproduttore molto più efficiente del verme. Mentre il virus si mette subito al lavoro e ha bisogno solo di poche proteine all’interno del nucleo di una cellula per avviare la replicazione su larga scala, la riproduzione del verme parassita richiede l’uso di un intero organo in un altro animale e avrà successo solo se il verme sopravvive abbastanza a lungo per nutrirsi, crescere e deporre le uova. Quindi, se usiamo la definizione di lavoro della NASA per bandire i virus dal regno della vita, dobbiamo escludere ulteriormente tutti i tipi di parassiti molto più grandi tra cui vermi, funghi e piante.

Definire la vita come un sistema autosufficiente capace di evoluzione darwiniana ci costringe anche ad ammettere che alcuni programmi per computer sono vivi. Gli algoritmi genetici, per esempio, imitano la selezione naturale per arrivare alla soluzione ottimale di un problema: sono matrici di bit che codificano tratti, si evolvono, competono tra loro per riprodursi e persino scambiano informazioni. Allo stesso modo, le piattaforme software come Avida creano “organismi digitali” che “sono fatti di bit digitali che possono mutare nello stesso modo in cui muta il DNA”. In altre parole, anche loro si evolvono. “Avida non è una simulazione dell’evoluzione; è un’istanza di essa”, ha detto Robert Pennock della Michigan State University a Carl Zimmer su Discover. “Tutte le parti fondamentali del processo darwiniano sono lì. Queste cose si replicano, mutano, sono in competizione tra loro. Il processo stesso della selezione naturale sta accadendo lì. Se questo è centrale per la definizione di vita, allora queste cose contano.”

Direi che il laboratorio stesso di Joyce ha dato un altro colpo devastante alla definizione di lavoro della NASA sulla vita. Lui e molti altri scienziati favoriscono una storia di origine della vita conosciuta come l’ipotesi del mondo RNA. Tutta la vita sul nostro pianeta dipende da DNA e RNA. Negli organismi viventi moderni, il DNA immagazzina le informazioni necessarie per costruire le proteine e le macchine molecolari che insieme formano una cellula vivace. All’inizio, gli scienziati pensavano che solo le proteine note come enzimi potessero catalizzare le reazioni chimiche necessarie per costruire questo macchinario cellulare. Negli anni ’80, però, Thomas Cech e Sidney Altman scoprirono che, in collaborazione con vari enzimi proteici, molti tipi diversi di enzimi RNA – o ribozimi – leggono le informazioni codificate nel DNA e costruiscono le diverse parti di una cellula pezzo per pezzo. L’ipotesi del mondo a RNA postula che i primi organismi del pianeta si affidassero esclusivamente all’RNA per svolgere tutti questi compiti – sia per immagazzinare che per utilizzare le informazioni genetiche – senza l’aiuto del DNA o di un entourage di enzimi proteici.

Una piscina geotermica nel Wyoming. Quasi quattro miliardi di anni fa, ciò che noi chiamiamo vita potrebbe essersi evoluto in simili “piccoli stagni caldi”, come diceva Darwin. (Credit: Caleb Dorfman, via Flickr)

Ecco come potrebbe essere successo: Quasi quattro miliardi di anni fa, nel brodo primordiale della Terra, i nucleotidi fluttuanti – gli elementi costitutivi dell’RNA e del DNA – si legarono in catene sempre più lunghe, producendo alla fine ribozimi che erano abbastanza grandi e complessi da fare nuove copie di se stessi e quindi avevano una possibilità molto maggiore di sopravvivere rispetto agli RNA che non potevano riprodursi. Semplici membrane auto-assemblanti avvolgevano questi primi ribozimi, formando le prime cellule. Oltre a produrre più RNA, i ribozimi potrebbero aver unito i nucleotidi in catene di DNA; i nucleotidi potrebbero anche aver formato spontaneamente il DNA. In entrambi i casi, il DNA ha sostituito l’RNA come principale molecola di memorizzazione delle informazioni perché era più stabile. E le proteine hanno assunto molti ruoli catalitici perché erano così versatili e diverse. Ma le cellule degli organismi moderni contengono ancora quelli che sono probabilmente resti del mondo dell’RNA originale. Il ribosoma, per esempio, un fascio di RNA e proteine che costruisce le proteine un aminoacido alla volta, è un ribozima. C’è anche un gruppo di virus che usano l’RNA come loro materiale genetico primario

Per testare l’ipotesi del mondo RNA, Joyce e altri ricercatori hanno cercato di creare i tipi di ribozimi auto-replicanti che potrebbero essere esistiti una volta nel brodo primordiale del pianeta. A metà degli anni 2000, Joyce e Tracey Lincoln hanno costruito in laboratorio trilioni di sequenze casuali di RNA fluttuanti, simili ai primi RNA che potrebbero aver gareggiato tra loro miliardi di anni fa, e hanno isolato le sequenze che, per caso, erano in grado di legare altri due pezzi di RNA. Mettendo queste sequenze l’una contro l’altra, la coppia ha infine prodotto due ribozimi che potevano replicarsi l’un l’altro all’infinito, purché fossero forniti di nucleotidi sufficienti. Non solo queste molecole di RNA nude possono riprodursi, ma possono anche mutare ed evolvere. I ribozimi hanno alterato piccoli segmenti del loro codice genetico per adattarsi a condizioni ambientali fluttuanti, per esempio.

“Soddisfano la definizione operativa di vita”, dice Joyce. “È un’evoluzione darwiniana autosostenuta”. Ma esita a dire che i ribozimi sono veramente vivi. Prima di fare il dottor Frankenstein, vuole vedere la sua creazione innovare un comportamento completamente nuovo, non solo modificare qualcosa che può già fare. “Penso che quello che manca è l’inventiva, il bisogno di trovare nuove soluzioni”, dice.

Ma non credo che Joyce stia dando abbastanza credito ai ribozimi. L’evoluzione è un cambiamento dei geni nel tempo; non c’è bisogno di assistere a maiali che spuntano le ali o RNA che si assemblano nelle lettere dell’alfabeto per vedere l’evoluzione al lavoro. L’avvento del colore blu degli occhi tra 6.000 e 10.000 anni fa – semplicemente un’altra variazione dei pigmenti dell’iride – è un esempio di evoluzione altrettanto legittimo quanto i primi dinosauri piumati. Se definiamo la vita come un “sistema autosufficiente capace di evoluzione darwiniana”, non vedo alcuna ragione legittima per negare ai ribozimi auto-replicanti o ai virus il soprannome di vita. Ma vedo una ragione per abbandonare questa definizione operativa e tutte le altre definizioni di vita.

Perché definire la vita è così frustrantemente difficile? Perché gli scienziati e i filosofi non sono riusciti per secoli a trovare una specifica proprietà fisica o un insieme di proprietà che separasse chiaramente il vivente dall’inanimato? Perché tale proprietà non esiste. La vita è un concetto che abbiamo inventato noi. Al livello più fondamentale, tutta la materia che esiste è una disposizione di atomi e delle loro particelle costitutive. Queste disposizioni rientrano in un immenso spettro di complessità, da un singolo atomo di idrogeno a qualcosa di intricato come un cervello. Nel cercare di definire la vita, abbiamo tracciato una linea ad un livello arbitrario di complessità e dichiarato che tutto ciò che si trova al di sopra di quel confine è vivo e tutto ciò che si trova al di sotto non lo è. In verità, questa divisione non esiste al di fuori della mente. Non esiste una soglia alla quale un insieme di atomi diventa improvvisamente vivo, nessuna distinzione categorica tra il vivente e l’inanimato, nessuna scintilla Frankensteiniana. Non siamo riusciti a definire la vita perché non c’è mai stato nulla da definire in primo luogo.

Ho spiegato nervosamente queste idee a Joyce al telefono, prevedendo che avrebbe riso e mi avrebbe detto che erano assurde. Dopo tutto, questo è qualcuno che ha aiutato la NASA a definire la vita. Ma Joyce ha detto che l’argomento che la vita è un concetto è “perfetto”. Concorda sul fatto che la missione di definire la vita è, per certi versi, inutile. La definizione di lavoro era davvero solo una convenienza linguistica. “Stavamo cercando di aiutare la NASA a trovare la vita extraterrestre”, dice. “Non potevamo usare la parola ‘vita’ in ogni paragrafo e non definirla”.

Carol Cleland, una filosofa dell’Università del Colorado Boulder che ha passato anni a studiare i tentativi di delineare la vita, pensa anche che l’istinto di definire con precisione la vita sia fuorviante, ma non è ancora pronta a negare la realtà fisica della vita. “È altrettanto prematuro giungere alla conclusione che non c’è una natura intrinseca alla vita quanto lo è definire la vita”, dice. “Penso che l’atteggiamento migliore sia quello di trattare quelli che sono normalmente presi come criteri definitivi della vita come criteri provvisori.”

Una foto scattata con un microscopio a scansione elettronica del meteorite ALH 84001, che si sarebbe formato su Marte 4 miliardi di anni fa prima di raggiungere la Terra. Una manciata di scienziati pensa che le strutture a catena nella foto siano nanobatteri marziani fossilizzati, ma la maggior parte dei ricercatori sono scettici (Credit: NASA, via Wikimedia Commons)

Quello di cui abbiamo davvero bisogno, ha scritto Cleland, è “una teoria della vita ben confermata e adeguatamente generale”. Lei fa un’analogia con i chimici del XVI secolo. Prima che gli scienziati capissero che l’aria, lo sporco, gli acidi e tutte le sostanze chimiche erano fatte di molecole, hanno lottato per definire l’acqua. Potevano elencare le sue proprietà – era umida, trasparente, insapore, congelabile e poteva sciogliere molte altre sostanze – ma non potevano caratterizzarla con precisione finché i ricercatori non scoprirono che l’acqua è composta da due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno. Che sia salata, fangosa, colorata, liquida o ghiacciata, l’acqua è sempre H20; può avere altri elementi mescolati, ma le molecole tripartite che rendono ciò che noi chiamiamo acqua sono sempre lì. L’acido nitrico può assomigliare all’acqua, ma non è acqua perché le due sostanze hanno strutture molecolari diverse. Creare l’equivalente della teoria molecolare per la vita, dice Cleland, richiederà un campione di dimensioni maggiori. Sostiene che, finora, abbiamo solo un esempio di cosa sia la vita: la vita basata sul DNA e sull’RNA sulla Terra. Immaginate di cercare di creare una teoria sui mammiferi osservando solo le zebre. Questa è la situazione in cui ci troviamo quando cerchiamo di identificare ciò che rende la vita vita, conclude Cleland.

Non sono d’accordo. Scoprire esempi di vita aliena su altri pianeti amplierebbe senza dubbio la nostra comprensione di come funzionano le cose che chiamiamo organismi viventi e come si sono evolute in primo luogo, ma tali scoperte probabilmente non ci aiuterebbero a formulare una nuova teoria rivoluzionaria della vita. I chimici del XVI secolo non riuscivano a individuare ciò che distingueva l’acqua dalle altre sostanze perché non ne comprendevano la natura fondamentale: non sapevano che ogni sostanza è fatta di una specifica disposizione di molecole. Al contrario, gli scienziati moderni sanno esattamente di cosa sono fatte le creature del nostro pianeta: cellule, proteine, DNA e RNA. Ciò che differenzia le molecole di acqua, rocce e argenteria dai gatti, dalle persone e dagli altri esseri viventi non è la “vita”, ma la complessità. Gli scienziati hanno già una conoscenza sufficiente per spiegare perché ciò che abbiamo soprannominato organismi può in generale fare cose che la maggior parte di ciò che chiamiamo inanimato non può fare – per spiegare come i batteri fanno nuove copie di se stessi e si adattano rapidamente al loro ambiente, e perché le rocce non lo fanno – senza proclamare che la vita è questo e la non-vita quello e mai i due si incontreranno.

Riconoscere la vita come un concetto non priva in alcun modo ciò che chiamiamo vita del suo splendore. Non è che non ci sia una differenza materiale tra le cose viventi e quelle inanimate; piuttosto, non troveremo mai una linea di demarcazione netta tra le due perché la nozione di vita e non vita come categorie distinte è solo questo: una nozione, non una realtà. Tutto ciò che delle creature viventi mi affascinava da ragazzo è ugualmente meraviglioso per me ora, anche con la mia nuova comprensione della vita. Penso che ciò che unisce veramente le cose che diciamo essere vive non è nessuna proprietà intrinseca alle cose stesse; piuttosto, è la nostra percezione di esse, il nostro amore per esse e – francamente – la nostra arroganza e il nostro narcisismo.

Prima di tutto, abbiamo annunciato che tutto sulla Terra poteva essere separato in due gruppi – animato e inanimato – e non è un segreto quale pensiamo sia superiore. Poi, non solo ci siamo messi nel primo gruppo, ma abbiamo anche insistito nel misurare tutte le altre forme di vita sul pianeta rispetto a noi stessi. Più qualcosa è simile a noi – più sembra muoversi, parlare, sentire, pensare – più è vivo per noi, anche se il particolare insieme di attributi che rende un umano un umano non è chiaramente l’unico modo (o, in termini evolutivi, nemmeno il modo più riuscito) di essere un “essere vivente”.

La nostra defunta gatta di famiglia, Jasmine (Credit: Jabr family)

In verità, ciò che chiamiamo vita è impossibile senza e inseparabile da ciò che consideriamo inanimato. Se potessimo in qualche modo vedere la realtà sottostante del nostro pianeta – comprendere la sua struttura su ogni scala simultaneamente, dal microscopico al macroscopico – vedremmo il mondo in innumerevoli granelli di sabbia, una gigantesca sfera tremolante di atomi. Proprio come si possono modellare migliaia di granelli di sabbia praticamente identici su una spiaggia in castelli, sirene o qualsiasi altra cosa si possa immaginare, gli innumerevoli atomi che compongono ogni cosa sul pianeta si riuniscono e si smontano continuamente, creando un caleidoscopio di materia in continuo movimento. Alcuni di quegli stormi di particelle sarebbero quelli che abbiamo chiamato montagne, oceani e nuvole; altri alberi, pesci e uccelli. Alcune sarebbero relativamente inerti; altre cambierebbero a velocità inconcepibile in modi complessi e sconcertanti. Alcune sarebbero montagne russe e altre gatti.