Ferdinando Boero

La conoscenza della biodiversità
Il termine biodiversità è relativamente recente, ma è radicato profondamente nella storia umana: fin dall'inizio della sua storia, l’uomo ha osservato, nominato e catalogato piante e animali, attività fondamentali per la sopravvivenza di una specie che pratica caccia e raccolta. Nella Bibbia, inoltre, ad Adamo è dato il compito di dare nome agli animali, e a Noè si chiede di mettere nell’Arca una coppia di ogni specie: queste storie esprimono consapevolezza della diversità biologica e della sua importanza. Le pitture rupestri mostrano come la conoscenza e l’osservazione dei viventi fossero integrate con significati simbolici e pratici sin dall'inizio della cultura.

Osservare, descrivere, identificare e nominare specie è la base della scienza biologica. Le esplorazioni degli ambienti vicini agli insediamenti umani si estesero a tutto il globo, con raccolte di esemplari e redazione di monografie. Su queste basi tassonomiche si svilupparono l’ecologia e la biologia evoluzionistica, che generarono filogenesi, studi su adattamento, competizione, selezione. La scoperta del DNA portò alla genetica molecolare, che penetrò più in profondità rispetto alla morfologia o alla genetica delle popolazioni, nelle radici della variazione biologica. Parallela a questo fu la traduzione del linguaggio descrittivo della storia naturale in un gergo matematico-modellistico (prima di tutto con le equazioni di Lotka-Volterra).

La Conferenza Internazionale sulla Diversità Biologica, svoltasi a Rio de Janeiro nel 1992, formalizzò il concetto di biodiversità, centrato sulle specie, ampliandolo a tre dimensioni: la diversità genetica (all’interno delle specie), la diversità di specie, e la diversità degli ecosistemi.

Negli ultimi decenni, però, si è sviluppata una nuova gerarchia di percezione: rispetto alla tassonomia e alla storia naturale, gli studi molecolari, i modelli, i processi sono diventati più prestigiosi per chiarezza, precisione apparente e generalità. Questa visione moderna ha spesso relegato la descrizione della natura e, prima di tutto, quella delle specie, a un ruolo secondario, privilegiando approcci predittivi e strumenti tecnici rispetto agli approcci descrittivi basati sull'osservazione. Di conseguenza la biologia ha trascurato il suo nucleo, le specie e la loro conoscenza, concentrandosi o sulla genetica o sull’ecologia, frammentando l’approccio olistico della storia naturale. La biodiversità è stata quindi divisa: da un lato la genomica e il sequenziamento, dall’altro la modellizzazione, con la penalizzazione della tassonomia basata sui fenotipi. Questa divisione ha contribuito alla svalutazione della biologia rispetto a discipline come la fisica o la chimica, con i biologi talvolta ridotti a operatori tecnici di macchine che lavorano al loro posto. La scienza avanza a volte grazie alle idee, a volte grazie agli strumenti, ma quando gli strumenti prevalgono eccessivamente sulle idee, la stagnazione prende il sopravvento. Non si fa quello che è interessante, ma solo quello che gli strumenti ci permettono di fare.

L'invidia per la fisica e la maledizione matematica
Gli ecologi, affascinati dalla matematica come strumento di rappresentazione delle interazioni ecologiche, sono stati soggetti all’“invidia per la fisica”, con l’idea che l’ecologia potesse diventare tanto “scientifica” (ossia predittiva) quanto la fisica. I lavori classici di Robert May sull’instabilità dei modelli semplici dimostrarono che modelli apparentemente non complicati possono generare dinamiche complesse. Tuttavia May, in seguito, riconobbe che i modelli non possono sostituire i dati e pose una domanda che è ancora senza risposta: "Quante specie ci sono sulla Terra?"

La critica centrale è che i modelli danno l’illusione di predire, ma la precisione apparente (es. intervalli di confidenza stretti) non significa accuratezza se migliaia di variabili (le specie) sono ignorate. I modelli che considerano solo poche variabili (es. una specie preda vs una specie di predatore) non rendono giustizia alla complessità degli ecosistemi. Se variabili rilevanti sono omesse, il modello è irrilevante.

Attualmente la tassonomia è in crisi e il cosiddetto “impedimento tassonomico” ostacola la conoscenza della biodiversità. Cresce il numero di articoli che affermano di trattare la biodiversità ma ignorano conoscenze reali sulle specie, generando un’illusione di conoscenza che rimane priva di sostanza.

La matematica può essere uno strumento statistico utile, ma diventa un problema se si presume che sia sufficiente per capire la biodiversità: non esistono sfere di cristallo e ignorare troppe variabili è un errore. Dopo troppe promesse non mantenute, i biologi reagirono: Edward O. Wilson, il più famoso naturalista del secolo scorso, scrisse che “Great Scientist ≠ Good at Math”, scatenando critiche da parte dei matematici. Il dibattito è ancora vivo: non esiste una “teoria del tutto” per la biosfera, e la matematica ha limiti intrinseci quando utilizzata in biologia. Persino biologi teorici come Stuart Kauffman, forte sostenitore della matematica, riconoscono la necessità di umiltà nell'affrontare una complessità resa semplice "per facilitare le analisi".

Attualmente, comunque, approcci tipo il “gemello digitale dell’oceano” (Digital Twin of the Ocean) rappresentano l’estensione della logica modellistica: nel caso del "gemello", una flotta di veicoli automatizzati e sensori oceanografici mappa condizioni fisiche e biogeochimiche in mare, senza rappresentare né biodiversità né ecosistemi nei modelli, visto che i dati non ci sono. Il motivo è semplice: non esistono sensori automatizzati per la biodiversità e gli ecosistemi. Senza una rappresentazione dettagliata della vita, il gemello non è altro che un manichino: i cambiamenti fisici e chimici acquisiscono significato solo se interpretati attraverso la risposta della biodiversità e degli ecosistemi. Per colmare la discrepanza tra abbondanza di dati fisici/biogeochimici e scarsa conoscenza della biodiversità, si propongono modelli di simulazione, ma questi surrogati non si basano su conoscenza reale.

I modelli di idoneità dell’habitat (Habitat Suitability Models) rientrano in questa categoria: la distribuzione della fanerogama mediterranea Posidonia oceanica, ad esempio, è spesso ricostruita in base a dati geomorfologici, con la presunzione che, visto che la specie predilige un certo tipo di fondale, essa debba essere presente ogni volta che le condizioni potrebbero essere a lei favorevoli, e a questo non seguono verifiche sul campo: accettare queste predizioni senza verifica trasforma le ipotesi in fatti.

Un’ulteriore tendenza a trasformare opinioni o ipotesi in fatti si può rilevare con l’aumento dell’uso delle opinion "esperte" come surrogato dei dati sul campo: quando i dati scarseggiano, si chiede agli esperti di predire presenza di specie o idoneità degli habitat; poi le opinioni diventano base per piani di conservazione, senza trasparenza o verifica empirica.

L'invidia per la chimica e la maledizione molecolare
In un editoriale per la rivista Nature, il redattore capo scrisse una frase lapidaria: “La vita è chimica”: l’invidia della biologia non riguarda solo la fisica ma anche la chimica. La genetica molecolare ha trasformato l’esplorazione della biodiversità in un’operazione chimico-molecolare. Senza rilevamenti sistematici di base, le stime sul numero di specie sono da prendere con cautela. Alcuni autori stimano fino a un trilione le specie microbiche; altri stimano che siano circa 10 milioni le specie non microbiche ancora da descrivere; altri ancora concludono che la maggior parte degli eucarioti marini resti formalmente non descritta.

Invece di basarsi sulla tassonomia sul campo, con la raccolta di organismi e il loro studio dettagliato, il lavoro sulla biodiversità si concentra sempre più sui geni, come se conoscere i geni equivalga a conoscere la specie. Le tecniche molecolari (PCR, sequenziamento, metabarcoding, eDNA) hanno svelato immense novità genetiche, e hanno permesso a spedizioni oceanografiche come quelle di Tara e Malaspina di individuare linee evolutive sconosciute. Tuttavia, molte di queste “scoperte” restano provvisorie: il numero di specie formalmente descritte solo su base molecolare è ancora basso. Le sequenze genetiche non sono associate ad organismi "veri" e non ci dicono cosa fanno le specie, come interagiscono, qual è il loro ruolo negli ecosistemi.

La fase pionieristica dell’esplorazione della biodiversità ha prodotto monografie con descrizioni fenotipiche, ecologiche, biologiche delle specie. Le analisi genomiche possono integrarle, ma non sostituirle. Spesso si parla di “nuove specie” molecolari ma non si generano monografie tassonomiche che le descrivano.

Oramai anche i biologi molecolari lo ammettono, tanto da scrivere frasi come: “La biologia oggi è a un bivio. Il paradigma molecolare… non è più una guida affidabile.” E criticano la trasformazione della biologia in una disciplina ingegneristica, dominata dalla tecnica e non dalla vera visione scientifica. Le specie vengono identificate da macchine: attraverso l'automazione dell’estrazione DNA e del sequenziamento, fino all'uso di algoritmi di inferenza filogenetica. Questa catena di operazioni tecniche è dominata dall’ingegneria più che dall’osservazione, dall’ecologia o dal fenotipo. La critica espressa da Woese, lo scopritore degli Archea, è devastante e descrive  “una biologia che opera da prospettiva ingegneristica… senza vera visione di guida.” L’errore è pensare che la vita sia solo chimica (e fisica).

I surrogati non sono sufficienti
La critica alla ricerca prevalente di surrogati della realtà, dai modelli matematici alle sequenze genetiche, definisce una preoccupazione crescente. Tuttavia, la consapevolezza che entrambe le tendenze (matematica nel caso dell’ecologia, molecolare nel caso di evoluzione/biodiversità) facciano parte dello stesso problema è ancora rara nella comunità scientifica. Gli epistemologi avvertono che decomporre i sistemi biologici in parti più piccole o ignorare il contesto in cui si verificano espone al rischio di perdere le interazioni di livello superiore: "l’effetto di un’entità molecolare può dipendere fortemente dal contesto… lo stesso percorso può avere funzioni diverse". Inoltre, "lo stesso fenomeno di livello superiore può essere prodotto da più meccanismi molecolari": il riduzionismo molecolare/chimico e quello matematico/modellistico non sono problemi distinti ma si rafforzano a vicenda, impedendo di comprendere la complessità della storia naturale, dell’ecologia e della variazione fenotipica.

Fino ad oggi, le critiche alla sovra-matematizzazione dell’ecologia e alla sovra-molecolarizzazione della biologia evoluzionistica sono state affrontate separatamente. Sono invece le due facce della stessa resa della biologia alla matematica, alla fisica e alla chimica. Politiche e finanziamenti spesso richiedono predizioni, spingendo i naturalisti a fornire risposte anche quando predire è impossibile. Le macchine (computer, strumenti di sequenziamento, PCR, astrazioni matematiche) modellano ciò che viene considerato conoscenza. Il pericolo è che la biologia diventi quello che gli strumenti possono misurare, anziché quello che la vita realmente è, nella sua complessità.

Dove andare da qui
Gli approcci matematici e molecolari portano valore e devono essere affinati, sono necessari ma non sufficienti per comprendere il mondo vivente. Le spiegazioni genetiche dell’evoluzione sono semplicistiche, se non inserite in un contesto ambientale. Ridurre la biologia alla fisica o alla chimica rispecchia un bias cognitivo: di fronte a una domanda difficile e complessa, siamo tentati di sostituirla con una più semplice, e di usare la risposta alla domanda semplice per rispondere alla domanda difficile. Molti sforzi di modellizzazione e molte estrapolazioni molecolari rivendicano ampie capacità predittive, ma molti fenomeni eco-evolutivi sfuggono alla prevedibilità a causa della storia, delle contingenze, della scala e della non-linearità. I modelli matematici dominano l’ecologia; gli approcci molecolari sono visti come standard in biologia evoluzionistica e nella valutazione della biodiversità; nel frattempo, la storia naturale e la tassonomia sono trascurate.

Le lacune conoscitive sulle specie e sulle loro interazioni richiedono una nuova enfasi sulla storia naturale, sulla tassonomia, sulla ricerca ecologica in campo. Le tecniche molecolari sono senz'altro utili, ma la conoscenza deve essere costruita dal basso verso l’alto: dalla chimica (sequenziamento etc.) alla tassonomia (quali specie esistono) fino all’ecologia (cosa fanno in situ). I modelli e le sequenze devono seguire, non guidare, e devono essere radicati in realtà empirica, sensibili all’ecologia e alla contingenza storica.

Per invertire la tendenza che privilegia il riduzionismo a scapito dell’integrazione, le priorità sono: privilegiare scenari anziché predizioni rigide in sistemi complessi; riconoscere e comunicare l’incertezza come componente intrinseca del mondo vivente; ampliare lo sguardo verso taxa poco studiati (microbi, funghi, invertebrati) e regioni geografiche trascurate (fondali marini, tropici); esplorare tempestivamente la biodiversità integrando dati molecolari, organismici, ecologici e storici; permettere che dati molecolari e modelli matematici siano parte dell’immagine, ma non ne diventino la definizione.

Questo cambiamento richiede un mutamento nelle modalità di formazione dei ricercatori e nelle opportunità di carriera. Le tesi di dottorato tendono ancora a inculcare un imprinting riduzionistico, reminiscente alla nozione etologica di Lorenz. Le riviste di alto livello favoriscono lavori robusti dal punto di vista molecolare o matematico, spingendo i ricercatori a restare entro quei confini. Deviare dalla corrente principale, prima di ottenere l’abilitazione accademica è rischioso; solo dopo si possono intraprendere nuove strade, ma spesso allora è già tardi: una volta che l’impinting riduzionistico è stato fissato, passare a una scienza integrata e olistica diventa difficile. I ricercatori che si spostano significativamente dal loro ambito precedente vanno incontro a impatti ridotti, meno pubblicazioni, progressione più lenta. Si instaura un circolo vizioso: per innovare devi cambiare, ma se cambi rischi di essere escluso.

Attualmente, i programmi formativi in biologia non perseguono obiettivi olistici e integrati, ma incentivano l’iperspecializzazione. Le politiche dall’alto incoraggiano gli approcci olistici e, infatti, raccomandano di “formare una nuova generazione di tassonomi e sistematici in Europa tramite il rafforzamento di reti collaborative dinamiche, diffusione delle scuole di formazione in tassonomia e reintegrazione di questa conoscenza fondamentale nei curricula universitari perché questa expertise non vada persa”. Simili concetti sono ripetuti da molti autori, incluso un presidente della Società Americana dei Naturalisti, che avverte: "La diversità, le abbondanze e le distribuzioni delle specie rappresentano lo svolgersi di molti processi su un paesaggio storicamente e geograficamente contingente … Per interpretare i pattern della diversità dobbiamo continuare a dipendere dal ragionamento induttivo ispirato dalla storia naturale". Nonostante la validità di questi argomenti, la comunità scientifica mostra ancora resistenza. Tecnologie o strumenti senza una piena consapevolezza biologica rischiano di essere solo scorciatoie, e non vie verso una vera comprensione della vita.

Una versione più estesa di questo articolo, con una bibliografia di supporto, è stata pubblicata come: Boero F. 2025. Biodiversity is neither mathematics nor physics. SCIentific RESearch and Information Technology. Vol 15, Special Issue: 11-22 e-ISSN 2239-4303, DOI 10.2423/i22394303v15Sp11  

Link: http://www.sciresit.it/article/view/14018