Anno Accademico 2017/2018
Docente Guido Fioretti
Crediti formativi 4
Lingua di insegnamento Italiano
Moduli Barbara Cavalazzi (Modulo 1) , Guido Fioretti (Modulo 2) , Mauro Ursino (Modulo 3) , Maria Luisa Dindo (Modulo 4)
I N T R O D U Z I O N E
La generale accettazione e utilizzazione della parola ‘evoluzione’ nel linguaggio comune nasconde molto spesso una profonda ignoranza della sua natura, nonché pericolosi fraintendimenti sul suo significato e le sue supposte implicazioni sociali. Tali fraintendimenti in gran parte nascono dall’erronea presunzione di conoscere in cosa essa consiste, con la conseguenza di racchiudere l’evoluzione in formule semplicistiche che spesso vorrebbero comunicare un’idea di supremazia di qualcuno o qualcosa – prodotti industriali, imprese di successo, perfino supposte “razze” umane – raggiunta attraverso un presunto percorso inevitabile tale per cui la semplice esistenza di un tratto, una specie, un’organizzazione dimostrerebbe la sua ‘ottimalità’ sotto un qualche punto di vista. Anche a causa di tanti e tali fraintendimenti, che in qualche caso sono penetrati fin dentro alcuni rivoli delle scienze economiche e sociali, riteniamo che sia utile studiare e capire la teoria dell’evoluzione per quello che essa effettivamente è, prima di tutto nel mondo degli organismi viventi e poi nelle possibilità che essa offre di comprendere alcuni aspetti delle organizzazioni create dall’uomo.
I motivi per studiare e insegnare la teoria dell’evoluzione però non dovrebbero essere visti solamente in negativo, ovvero nella necessità di contrastare interpretazioni superficiali ed errate, ma soprattutto in positivo, ovvero nelle possibilità che uno studio attento della teoria dell’evoluzione può suggerire per comprendere aspetti importanti dei sistemi complessi quali l’emersione di diversi livelli gerarchici, le dinamiche non-lineari e la generazione di significato. La teoria dell’evoluzione è estremamente complessa: può descrivere dinamiche caratterizzate da “equilibri punteggiati” o da eventi graduali, il cambiamento di forma/funzione dei tratti sotto selezione, e comprende geni, genomi, organismi e gruppi di organismi a vari livelli di aggregazione. Riteniamo che un dialogo tra scienze dell’uomo e scienze della vita ispirato dalla teoria dell’evoluzione possa essere fruttuoso e costruttivo, offrendo agli studenti un punto di vista particolare che supera alcune delle tradizionali barriere disciplinari.
Il fatto che le scienze umane e le scienze della vita siano i principali ambiti disciplinari dai quali attingere potrebbe far supporre che i due corsi che proponiamo agli studenti delle lauree triennali del Collegio Superiore siano separati secondo questa linea, ma non è così. I due corsi sono stati identificati seguendo una linea di demarcazione che da un lato si occupa delle componenti di un sistema evolutivo, tra le quali devono esserci degli invarianti, i quali comunque arrivano ad essere tali attraverso percorsi non banali, e dall'altro le sue dinamiche macroscopiche, generalmente mutevoli nel tempo secondo modalità poco prevedibili ma che nello stesso tempo seguono alcuni schemi. Da un lato il genoma dei singoli individui, oppure i comportamenti degli individui nelle organizzazioni e nelle società. Dall'altro le dinamiche evolutive degli organismi, siano essi biologici o sociali. Il senso di questa bipartizione apparirà più chiaramente leggendo le descrizioni dei due corsi.
Corso 1: Genomi e Comportamenti
I sistemi evolutivi sono caratterizzati da qualcosa di quasi-invariante rispetto al singolo individuo, il quale però può cambiare con la nascita di un nuovo organismo. Per gli organismi viventi si tratta del genoma, che i singoli individui non possono modificare ma che può cambiare per mutazione casuale. Per le organizzazioni si tratta delle routines, che vengono in gran parte fissate nei primi anni della loro esistenza e che sono relativamente invarianti nel tempo nella misura in cui i nuovi membri vengono socializzati ad esse. Come gli organismi viventi muoiono se inadatti, ma non possono cambiare il loro genoma, così le organizzazioni muoiono piuttosto che modificare alcune routines di alto livello.
Ciò non significa che non esista alcuna possibilità di modifica nell'espressione genica degli organismi viventi, così come le organizzazioni umane possono in certa misura adattare i loro comportamenti; esistono però anche degli invarianti rispetto ai quali le uniche possibilità di variazione si verificano al momento della nascita di un nuovo organismo. Anche in questo caso esistono delle similitudini tra organismi viventi e organizzazioni sociali; come il genoma può cambiare per mutazione casuale solamente nel momento in cui viene generato un nuovo organismo vivente, così solo una nuova organizzazione (uno spin-off per un'impresa, un'eresia per una religione, ecc.) può essere basata su routines completamente differenti. Particolarmente interessante a questo proposito è il caso degli insetti sociali, le cui società possono essere viste come organizzazioni le cui routines sono particolarmente rigide.
Le routines organizzative sono delle sequenze di azioni relativamente rigide in quanto vengono ripetute all'interno di un ciclo, cosicché ad ogni iterazione ogni elemento tende a ripetere azioni simili in conseguenza di stimoli simili. Un simile meccanismo si ritrova nel cervello umano, la cui memoria è distribuita su un grandissimo numero di neuroni attraverso i quali circola informazione; e d'altro canto, la vita stessa è un ciclo autopoietico di organismi che contengono in sé le informazioni genetiche mediante le quali generano organismi simili. Il corso parte quindi con un modulo che illustra la natura ciclica della vita, procede con un modulo che spiega l'emersione di un comportamento organizzativo a partire dalle routines nelle quali i membri di un'organizzazione sono immersi, al quale segue un modulo incentrato sulla modellizzazione delle memorie distribuite mediante reti neurali ed infine si conclude con un caso esemplare di organizzazioni le cui routines sono particolarmente rigide, ovvero le società degli insetti.
A fronte della sostanziale stabilità delle routines, il loro processo di formazione è estremamente dinamico ed improntato esso stesso alle leggi dell'evoluzione. Questo tema verrà introdotto dapprima nel modulo dedicato alle routine organizzative e successivamente trattato con grande dettaglio nel modulo dedicato alle memorie distribuite nelle reti neurali, creando un collegamento con le dinamiche evolutive trattate nel Corso "Le Dinamiche dell'Evoluzione".
Il corso si compone dei seguenti moduli:
1 Origine della vita
Prof. Barbara Cavalazzi
Il pianeta terra ancora oggi è l’unico pianeta conosciuto ad essere abitato. La vita così come la conosciamo per formarsi, crescere e riprodursi ha bisogno che condizioni “adatte” si determinino su un pianeta. Queste condizioni fisiche e chimiche che definiscono le condizioni di abitabilità, non solo devono instaurarsi in uno spazio fisico, ma devono anche essere stabili per un periodo di tempo sufficientemente lungo per cui la vita dopo essersi formata sia in grado di replicarsi. Argomenti delle lezioni:
Definizione di vita: definizione di vita e strategie del suo riconoscimento.
Terra abitabile: cosa rende il nostro pianeta un pianeta abitabile? Storia delle prime fasi del nostro pianeta che hanno portato allo sviluppo delle condizioni che hanno permesso alla vita di svilupparsi.
Astrobiologia: ricerca della vita fuori dal nostro pianeta e condizioni di abitabilità terrestre e planetaria.
2 Le routines organizzative
Prof. Guido Fioretti
L'idea di 'organizzazione' viene generalmente associata ad un certo grado di costanza temporale. Ai comportamenti individuali che sono caratterizzati da un certo grado di invarianza nel tempo e che sono interrelati ai comportamenti di altri individui che si trovano all’interno della stessa organizzazione, si dà il nome di routines. In una prospettiva ecologica le organizzazioni vengono premiate o punite dall'ambiente in cui si trovano, ma non modificano le proprie routines come gli organismi viventi non modificano il proprio genoma. Si consideri il caso di Apple, l'impresa che negli anni '80 inventò le icone ma venne battuta da Microsoft, la quale riuscì a riprodurle e a far sì che il PC offrisse la stessa qualità del MacIntosh ad un prezzo molto inferiore. Decenni più tardi, la resurrezione di Apple si è basata sull’iPhone: di nuovo uno strumento basato su una grafica sofisticata e innovativa, di nuovo il posizionamento nella fascia più alta del mercato.
Questo modulo inizia illustrando dettagliatamente il caso empirico di una routine che emerge tra due individui senza che essi ne siano coscenti, generando un comportamento organizzativo che trascende le volontà dei membri dell’organizzazione. Già esaminando una routine che coinvolge due soli individui ci si rende conto che essa non è altro che un ciclo all’interno del quale vengono scambiate delle informazioni, che è anche uno degli aspetti che caratterizzano la natura della vita così come è stata descritta nel modulo (1.1). Il modulo prosegue poi esaminando routines in gruppi umani di maggiori dimensioni, illustrando le problematiche inerenti al cambiamento delle routines, cosciente e non. Si conclude con la formazione di routines negli impianti produttivi e la loro modellizzazione con tecniche non molto dissimili, nel loro impianto concettuale, dalla modellizzazione di una memoria distribuita che è l’oggetto del modulo (1.3).
3 Modelli di memorie distribuite nelle reti neurali
Prof. Mauro Ursino
Partendo dal concetto cognitivo di memoria, intesa come “qualsiasi cambiamento del comportamento indotto dall’esperienza”, il modulo si propone di analizzare i principali tipi di memoria realizzabili in forma distribuita, attraverso il formalismo delle reti neurali. In ciascun esempio, il calcolo procede in forma parallela, dall’interazione di unità neuronali interconnesse, e l’informazione è memorizzata non localmente, ma in forma distribuita, nell’insieme delle sinapsi che collegano fra loro le unità neuronali. In particolare, saranno illustrate le principali regole di addestramento delle sinapsi e saranno trattate tre tipologie di memorie distribuite: i) le memorie episodiche, per le quali si farà ampio ricorso alle reti in feedback con attrattore. In tali reti viene sfruttata la dinamica temporale, per ricostruire le informazioni precedentemente memorizzate sotto forma di punti di equilibrio stabili; ii) le reti a correzione d’errore, in cui la memorizzazione dell’informazione viene guidata da un supervisore; iii) le reti auto-organizzate, quali modelli di riduzione della quantità di informazione e di formazione di categorie, in cui l’informazione viene estratta dalla statistica dell’ambiente senza l’uso di un supervisore. In quest’ultimo ambito, sarà dato ampio spazio al concetto di mappa topologica.
In tutti i casi trattati, saranno forniti esempi qualitativi dei meccanismi neuronali alla base del funzionamento delle reti e, per gli studenti con maggiore background matematico, saranno enunciate le principali equazioni. Saranno inoltre mostrate le possibili applicazioni di queste reti, sia in ambito informatico, che in ambito biologico e sociale, con alcuni richiami alle problematiche delle neuroscienze cognitive.
4 La complessa organizzazione delle società degli insetti
Prof. Maria Luisa Dindo
Gli insetti sociali (compresi negli Ordini degli Isotteri e degli Imenotteri) presentano una complessa organizzazione di tipo strettamente gerarchico, in cui ogni individuo svolge uno specifico ruolo, strettamente connesso con quello degli altri componenti, dai quali non può vivere separato, pena la morte. Le relazioni tra gli insetti che formano la società sono talmente strette che la società stessa è stata paragonata a un superorganismo dal celebre biologo Edward Wilson. In questo modulo verranno considerate le caratteristiche principali delle società e i comportamenti degli insetti sociali verranno trattati anche in chiave evolutiva.
Gli argomenti del modulo saranno i seguenti: 1) Caratteristiche generali degli Insetti; 2) Cosa contraddistingue una “società” di insetti da una semplice “aggregazione”?; 3) Organizzazione delle società di insetti: 1) Aspetti generali (Società annuali e poliannuali, monoginiche e poliginiche, società coniugali e matriarcali); 2) Aspetti specifici (con particolare riguardo alle forme di comunicazione nella società): società di Isotteri (termiti) e di Imenotteri (vespe, formiche, api); 3) Parassitismo sociale: specie schiavistiche.
Dispense e altro materiale messo a disposizione dai docenti.
Lezione frontale.
Tesina da concordare con uno dei docenti del corso.
Computer, videoproiettore.
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