L’approccio epistemologico della geofisiologia è, per sua natura, di tipo funzionalistico. In filosofia si parlerebbe di approccio fenomenologico, per cui gli strumenti analitici, la metodologia e l’impianto sperimentale sono orientati al come funziona. La Teoria di Gaia ha portato da questo punto di vista ad una riconsiderazione globale dei confini propri della biosfera e della classificazione degli organismi.
Cominciamo con i confini. Se non disponessimo della pelle come confine potremmo lo stesso riconoscerci come organismi viventi considerando alcuni parametri funzionali quali i tassi di ricircolo. Potremmo ad esempio considerare il flusso del filtrato dei glomeruli renali (200 litri/giorno) rapportandolo all’attività dell’emuntore (2-3 litri/giorno) e scoprire che il tasso di ricircolo che caratterizza in via funzionale il nostro sistema renale è di 100 (200/2).
Qualcosa di analogo lo possiamo fare con i cicli degli elementi che sono la base del metabolismo di Gaia. E’ possibile definire il tasso di ricircolo di un elemento come il rapporto tra il flusso che passa attraverso la fotosintesi e la quota che esce dal ciclo. Ad esempio il carbonio viene organicato nella biomassa attraverso la fotosintesi in ragione di 100 miliardi di tonnellate l’anno. Una parte di questo flusso (0,5 miliardi di tonnellate l’anno) finisce seppellito in pozzi, virtualmente perduto per i tempi brevi dei cicli della vita. (In realtà nel corso delle decine di milioni di anni gli elementi seppelliti sono riciclati dall’attività vulcanica, che è una sorta di rumine per Gaia).
Il tasso di ricircolo del carbonio è quindi pari a 200 (100/0,5): questo vuol dire che mediamente un atomo di carbonio viene scambiato fra un organismo e l’altro 200 volte prima di uscire dal ciclo. Un bell’esempio di riciclaggio! Ma Gaia fa ancora meglio con l’azoto dove il tasso di ricircolo è di 571. In altri casi invece, come nel caso del fosforo (Figura 2) o del calcio (Figura 3), il riciclaggio è meno sistematico, considerata la relativa abbondanza di questi elementi. Il tasso di ricircolo consente quindi di valutare l’importanza relativa di determinato elemento: è tanto più elevato quanto più risulta importante l’elemento nell’economia di Gaia.
Le possibilità di scambio di materia fra Gaia e le sue matrici (il suolo, l’aria e l’oceano) sono infatti strette da vincoli e lo sono ancor più quelle fra Gaia e lo spazio esterno e Gaia e l’interno della Terra. Dal punto di vista di Gaia l’atomo di carbonio di una molecola di CaCO3 posto 5 millimetri sotto la superficie di una roccia è molto più lontano del lichene che vi si posa sopra dell’atomo di carbonio di una molecola di HCO3- dell’oceano.
Un altro concetto molto importante in geofiosiologia è quello di gilda biochimica, con la quale si definisce un gruppo di organismi che svolgono la stessa funzione biochimica nel metabolismo di Gaia. Quando ad esempio si parla di gilda dei fotosintetizzatori, si suole indicare tutti gli organismi che hanno in comune l’attività fotosintetica, mettendo quindi insieme anche organismi molto diversi fra loro come i microscopici cianobatteri e le gigantesche sequoie. La gilda biochimica è uno strumento d’analisi tassonomico che si è rivelato enormemente più pratico, per la valutazione quantitativa dei flussi degli elementi che caratterizzano i cicli biogeochimici, della tradizionale tassonomia linneiana basata sulle similitudini genetiche (parentele) fra le specie.
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