Osservando l’evoluzione come fosse un processo termodinamico, teorici hanno risolto uno dei grandi problemi della biologia
di Emerging Technology from the arXiv
Una delle grandi domande senza risposta della biologia è in che modo gli organismi abbiano sviluppato rapporti di cooperazione. I benefici della cooperazione sul lungo termine sono chiari, ma la natura dell’evoluzione è casuale, promossa da vantaggi a breve termine che emergono di generazione in generazione. Gli individui possono cooperare o agire indipendentemente, a seconda delle circostanze, con i relativi pro e contro.
Come questo comportamento possa essersi diffuso ed aver fatto emergere cooperazioni a lungo termine è un quesito che tormenta i biologi dell’evoluzione da decenni.
Christoph Adami e Arend Hintze della Michigan State University di East Lansing hanno creato un semplice modello matematico, a partire da principi ben noti della fisica, per mostrare come la cooperazione emerga dall’evoluzione.
↳Questo modello suggerisce che l’equilibrio tra cooperazione e comportamento individualista, chiamato defezione, possa subire fasi di transizione rapide, in cui gli individui fanno coincidere il proprio comportamento con quello dei loro vicini.Si rivela cruciale il fattore della punizione. “La punizione agisce come un campo magnetico che induce ‘l’allineamento’ tra i partecipanti, con l’effetto di incoraggiare la cooperazione,” spiegano Adami e Hintze. Questo nuovo approccio ha il potenziale di modificare come biologi dell’evoluzione, economisti, e scienziati informatici, concepiscono la cooperazione ed il ruolo della punizione nell’incoraggiarla.
Svariati fenomeni dipendono dal comportamento su larga scala di molti fattori individuali. Alcuni esempi: l’economia, la diffusione di malattie, l’evoluzione, la magnetizzazione, ecc. In alcuni casi, gli individui sono semplici, come i singoli atomi nel caso della magnetizzazione.
Per quanto complessa possa apparire l’interazione tra gli atomi di un materiale magnetizzato, esiste un semplice modello matematico, chiamato modello di Ising, che ne dà una spiegazione intuitiva. Facendo uso di questo modello, i fisici possono esplorare le circostanze che provocano l’emergere dei domini magnetici e come questo dipenda da fattori ambientali quali la temperatura ed un campo magnetico esterno.
Adami e Hintze hanno provato ad applicare il modello di Ising allo studio di come evolva la cooperazione.
Hanno creato un modello di Ising in cui ciascun “atomo” interagisce con i propri vicini in un gioco di dilemma del prigioniero, o cooperando, o facendo defezione. Ciascuno dei due partecipanti può scegliere liberamente tra le due azioni e riceverà di conseguenza un corrispondente determinato dal comportamento di entrambi. I giocatori vengono premiati in pari misura se entrambi collaborano. Non ricevono nulla se entrambi fanno defezione. Il premio più consistente è vinto dal giocatore che fa defezione a fronte di un opponente che collabora. Alla fine del gioco, ogni atomo può modellare la propria strategia su quella degli atomi vicini, a seconda del successo che hanno avuto.
La distribuzione di strategie è inizialmente casuale, ma con il passare del tempo, si osserva una diffusione delle strategie di successo, in maniera simile alla formazione e diffusione dei domini magnetici.
Adami e Hintze esplorano la termodinamica di questo processo, le condizioni in cui si diffonde la cooperazione. Salta fuori che esiste un delicato equilibrio tra dinamiche di cooperazione e defezione. In alcune occasioni, però, avviene una fase di transizione per cui la cooperazione si diffonde a macchia d’olio per la popolazione. Per generalizzare il sistema, hanno incluso anche più “atomi” nel ben noto gioco del bene pubblico. In questo gioco, ciascun giocatore, dotato di un quantitativo di denaro, deve decidere quanto donarne alla causa pubblica, dove verrà moltiplicato per un qualche fattore superiore ad 1 e quindi equamente ridistribuito tra tutti i giocatori. Da un punto di vista collettivo, è ovvio che i giocatori guadagnano di più se tutti mettono tutto il proprio patrimonio nel borsello pubblico. Dal punto di vista del singolo, però, ci guadagna di più chi non mette nulla e poi raccoglie i frutti delle donazioni altrui.
Adami e Hintze hanno introdotto il concetto di punizione per quei giocatori che non danno un contributo, con un effetto profondo. I risultati di questa ricerca suggeriscono che il comportamento dei singoli possa essere manipolato su larga scala grazie all’introduzione di un determinato costo per le proprie aizoni. Non solo, il risultato può essere spiegato con un semplice modello di fisica. È interessante notare come i fisici abbiano da tempo sviluppato svariate tecniche per studiare nel dettaglio questo genere di sistemi.
L’applicazione di questi macchinari matematici allo studio della cooperazione, secondo Adami e Hintze, dovrebbe condurre in breve a nuove scoperte sulla natura della società e su come manipolarla, un dato interessante per sociologi, economisti e politici.
(LO)
