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La scienza del 2016

L’anno in cui è stata provata la teoria di Einstein sulle onde gravitazionali ma anche quello in cui si è parlato molto di etica e DNA.

Matteo De Giuli collabora con Radio3 Rai, in voce e in redazione a Radio3 Scienza. Ha scritto per National Geographic Italia e altre riviste. In redazione a Prismo. Fa parte del comitato di redazione del Tascabile.

L’ anno che si sta per chiudere sembra destinato a passare alla storia come il più grigio dell’età contemporanea. Il 2016 è stato percepito e raccontato in questi mesi come annus horribilis, vittima di una suggestione collettiva: di fatto, è piuttosto difficile dimostrare che questo sia stato davvero un anno più miserabile di tanti altri.

Una buona dose di eventi più o meno nefasti si è però effettivamente registrata anche in campo scientifico. Ci hanno lasciato per esempio Umberto Veronesi, chirurgo, oncologo, fondatore dell’Istituto europeo di oncologia, e John Glenn, pilota, astronauta, tra i pionieri dell’esplorazione spaziale. Stephen Hawking è stato ricoverato a Roma per un problema respiratorio, dopo una visita alla Pontificia Accademia delle Scienze (ma ora sta meglio). Al chimico Vincenzo Balzani è stato negato un Nobel meritato per i suoi studi sulle macchine molecolari. E soprattutto, per la prima volta dopo decenni di lente e faticose conquiste, l’elezione di Donald Trump ha proiettato un’ombra lugubre sulla lotta al riscaldamento globale.

In compenso abbiamo aggiunto alla tavola periodica quattro nuovi elementi creati in laboratorio: moscovium (Mc), nihonium (Nh), oganesson (Og) e tennessine (Ts). E a marzo il biologo e imprenditore Craig Venter ha annunciato di aver realizzato per la prima volta una “cellula minima” artificiale. La vita va avanti, almeno quella sintetica.

Nuove ondate
Nella foto di spalla della prima pagina del New York Times del 12 febbraio 2016, Albert Einstein fuma la pipa con sguardo confuso ma piuttosto appagato. A livello mediatico, quest’anno, nessuna ricerca è stata raccontata più dell’annuncio della misurazione diretta delle onde gravitazionali. Cento anni prima, nel giugno del 1916, Einstein le aveva previste in un articolo che integrava i fondamenti della teoria della relatività generale pubblicata qualche mese prima: una coincidenza di anniversari che ha reso le celebrazioni ancora più sentite.

In estrema sintesi: secondo la relatività generale lo spazio-tempo è il tessuto che permea l’intero l’universo. Le masse piegano lo spazio-tempo attorno a loro, e la teoria prevede che lo spazio-tempo si increspi, perturbato dai corpi in movimento, creando, appunto, le onde gravitazionali. Considerate a lungo troppo evanescenti e deboli per essere osservate, le onde si sono finalmente mostrate negli strumenti del Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), negli Stati Uniti. L’evento che ha scatenato le onde misurate è stato un processo avvenuto 1,4 miliardi di anni fa, nello spazio profondo: lo scontro violento di due buchi neri che ha dato origine a un unico buco nero rotante più massiccio. Il primo segnale è stato registrato nel settembre 2015, e il primo a osservarlo è stato Marco Drago, fisico italiano – le foto ufficiali lo ritraggono che fissa alcune simulazioni a computer, anche lui con un’aria un po’ spaesata.

Se le pagine consegnate da Albert Einstein alla Accademia Prussiana delle Scienze con la prima stesura della relatività generale portavano la firma del solo fisico tedesco, l’osservazione delle onde gravitazionali si deve invece a centinaia di scienziati impegnati nelle collaborazioni internazionali LIGO e VIRGO. Una differenza che – se ancora ne avessimo bisogno – racconta bene in che modo la scienza, e soprattutto una parte della fisica, è cambiata negli ultimi cento anni. Ci sono pochi dubbi riguardo all’imminente premio Nobel per le onde gravitazionali. Nel 2016 l’assegnazione non è stata possibile per problemi burocratici e di calendario (il meccanismo di selezione dei Nobel parte alla fine di gennaio, troppo presto per inserire la ricerca tra le finaliste): il premio del 2017 è dato invece quasi per scontato. Più difficile sarà capire a chi andrà, visto che il regolamento non prevede l’assegnazione a gruppi di ricerca.

Ok, go
“Non so cosa dire, ma come prima cosa penso di dovermi scusare”. Il 12 marzo Lee Sedol, campione del mondo di go, ha appena perso terza partita di seguito contro AlphaGo, un nuovo modello di intelligenza artificiale avanzata sviluppata dall’azienda DeepMind, da qualche anno di proprietà di Google. Solo qualche mese prima, AlphaGo aveva battuto il campione europeo Fan Hui per cinque game a zero.

Il gioco del go è nato in Cina più di 2000 anni fa. È una sorta di simulazione di guerra che si disputa con un’apposita scacchiera con pedine bianche e nere simili a quelle della dama. Il go è un gioco di conquista del territorio, e forse per questo ogni dichiarazione di Sedol nei giorni dei match persi contro l’intelligenza artificiale risuona come il lamento di un guerriero che cede, con dignità, alla resa: “Sono davvero dispiaciuto per questa manifestazione di impotenza. Mi scuso per non essere stato in grado di soddisfare le aspettative di così tante persone”.

Le partite di go tra uomo e macchina hanno appassionato ricercatori, scrittori e filosofi. Christof Koch, neuroscienziato, pioniere dello studio delle basi biologiche della coscienza, in un lungo pezzo dedicato al computer di Google, ha rispolverato per l’occasione una poesia di Borges:

Dio muove il giocatore, e questi, il pezzo.
Quale Dio, dietro Dio, tesse la trama
di tempo e polvere, sogno e agonia?

Rispetto alle storiche partite di scacchi tra Garry Kasparov e il super-computer Deep Blue dell’IBM, le vittorie dell’intelligenza artificiale di Google sono state molto più significative e inaspettate. Deep Blue aveva infatti una strategia articolata ma rintracciabile: era programmato per valutare tutte le alternative possibili davanti alla scacchiera prima di muovere la propria pedina. Aveva tutte le mosse in memoria e doveva scegliere quella più conveniente. Un approccio impraticabile per il go che, nonostante abbia regole più semplici, dal punto di vista delle possibili combinazioni di gioco è molto più complesso degli scacchi. Se Deep Blue decidesse di giocare a go, in pratica, ci metterebbe troppo tempo a valutare ogni volta la mossa migliore da fare.

Il computer di Google utilizza invece sistemi di apprendimento approfondito: è cioè progettato con algoritmi informatici che gli permettono di interpretare i modelli del gioco valutando esempi di mosse vincenti o perdenti, e da lì di imparare autonomamente cosa fare. Grazie al match tra AlphaGo e Lee Sedol siamo oggi più vicini alla creazione di un computer capace di risolvere problemi complessi imitando il funzionamento del cervello umano. Algoritmi come quello sviluppato dalla DeepMind potranno essere applicati a una miriade di problemi e sono stati accolti come l’inizio di una nuova era nell’ambito dell’intelligenza artificiale.

È nel nostro DNA
Il 19 ottobre, John Zhang, ricercatore della New Hope Fertility Clinic di New York ha annunciato la nascita del primo bambino nato da tre genitori grazie a una tecnica in vitro – nuova ma già molto discussa – chiamata terapia sostitutiva mitocondriale (MRT, mitochondrial-replacement therapy). I mitocondri sono organelli cellulari che forniscono energia alle cellule e che, se difettosi, possono provocare gravi disturbi muscolari. Per impedire la trasmissione di malattie provocate da mitocondri nel nascituro, i ricercatori hanno mescolato il DNA di tre persone, scambiando i mitocondri “malati” della madre con quelli di una donatrice sana.

La MRT può essere considerata un’evoluzione più precisa del trasferimento citoplasmatico: un’altra tecnica di fecondazione assistita che era stata però vietata dalle autorità americane a partire dal 2002 per preoccupazioni etiche. Anche della MRT si sa ancora poco quanto a sicurezza ed effettiva efficacia. Non sono chiari gli effetti a lungo termine sulla salute del bambino né le eventuali influenze dei mitocondri donati sulle generazioni successive. Per evitare nuovi stop alle ricerche, Zhang e il team della clinica newyorkese hanno deciso di operare in Messico, dove i quadri normativi sono meno severi. La tecnica è stata nel frattempo già replicata con successo in Cina e Ucraina. La notizia della nascita del bambino con il DNA di tre genitori è stata accolta in maniera schizofrenica dalla comunità scientifica, con entusiasmo, scetticismo, rabbia e diverse sfumature di preoccupazione: paura che fosse troppo presto (e che eventuali problemi clinici nel bambino possano ora rallentare di nuovo le ricerche), o paura che invece sia ormai troppo tardi (per fermare quella che rischia di essere una sistematica elusione delle regole).

Al di là dell’effettiva importanza dello studio di Zhang e colleghi, la loro ricerca ci ricorda più di altre quello che probabilmente ci aspetta nei prossimi anni. Dalle macchine senza pilota all’editing genetico, ci troveremo davanti a un terreno poco confortevole, che somiglierà a un conflitto (o un confronto) continuo tra aspetti etici e legislativi su questioni tecniche che ancora non capiamo del tutto, o che non controlliamo poi così bene. Da qui i tanti appelli e la nascita di comitati e di gruppi consultivi a livello globale. Il vero nodo, però, potrebbe essere il passaggio successivo: in una società che sembra sempre più spaventata dai problemi troppo articolati e che rigetta come un corpo estraneo ogni elemento di complessità, sapremo ancora come utilizzare il parere degli esperti?

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