Darwinismo, evoluzione ed epigenetica

L’esordio di un nuovo autore, un giovane laureato in fisica ha assistito ad una conferenza per un Darwin Day con interventi di primo piano, e ce la racconta.

La Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli, tramite il suo Comitato Scienza e Società, ha organizzato con la collaborazione della mia Università , la Federico II, e con la Città della Scienza, un incontro-dibattito sul ruolo dell’epigenetica nella teoria dell’evoluzione. Il contesto è quello di una serie di eventi che caratterizzeranno la “Darwin week” detta “Nel segno di Darwin”.
Gli ospiti erano Telmo Pievani, dall’Università di Padova, filosofo della scienza, o meglio, come l’ha definito l’organizzatrice dell’evento, un “filosofo della biologia, l’unico che abbiamo” (in futuro tornerà a Napoli per lavorare al progetto di un nuovo museo intitolato a Darwin e a Dohrn…non male per uno che considera il maschio inutile!); il genetista Mauro Mandrioli dell’Università di Modena e Reggio Emilia e il poeta e scrittore Gabriele Frasca, traduttore di Philip K. Dick.

Prende per primo la parola Pievani, che apre l’incontro mostrando un articolo di Nature dal titolo “Does evolutionary need a rethink?”, cioè “l’evoluzione ha bisogno di un ripensamento?”. Pievani mostra che su questa questione si è instaurata una divisione in due gruppi di scienziati, quelli del “Sì, urgentemente” e quelli del “No, va tutto bene” (se ne parlò anche su CS). Pievani spiega che la teoria dell’evoluzione, come tutte le vere teorie scientifiche, è in continuo aggiornamento, anche se quelli del “sì” sostengono che quella dell’evoluzione avrebbe bisogno di un ossatura nuova, cioè non deve basarsi più solo sui filtri dei geni ma anche sui fenomeni come l’epigenetica e l’evo-devo. Quelli del “no” invece sostengono che tali fattori rientrano già nella teoria e ne sono solo un’estensione.

A questo punto viene data la definizione dei fenomeni epigenetici: essi sono cambiamenti chimici che influiscono sull’espressione dei geni senza alterarne la sequenza. Ci troviamo quindi di fronte ad un genoma sensibile all’ambiente che implica una plasticità fenotipica. Fin qui non sorgono problemi per la teoria evolutiva, ma la difficoltà nasce quando si studia l’ereditarietà dell’epigenetica. Infatti, se esiste un “ereditarietà dell’informazione ambientale” allora si sta tornando alla teoria di Lamarck? Secondo Pievani non è così, per due ragioni: c’è il problema storico che andrebbe chiarito di quale lamarckismo ci si sta riferendo, se quello originale dell’Ottocento o quello rivisto nel Novecento; il secondo motivo è che è migliore la soluzione di introdurre un concetto nuovo, quello di “alleli epigenetici”, definiti come” sequenze genetiche uguali ma con differenti marcature epigenetiche”.

Per fare un esempio di fenomeno epigenetico, Pievani spiega l’esperimento di Dias e Ressler con i topi: presero dei topi maschi e gli fecero subire uno shock elettrico ogni volta che gli veniva permesso di annusare un particolare odore forte, col tempo tali topi sviluppavano una reazione di paura al solo sentire tale odore. La cosa straordinaria è che in seguito ad un accoppiamento in vitro di tali topi con delle femmine che non avevano subito lo stesso processo, anche i figli e i nipoti reagivano allo stesso modo nel sentire quell’odore! Pievani la descrive come una memoria genetica che sperimentalmente si è visto che sfuma col passare delle generazioni.
Il filosofo cita un altro esperimento, stavolta condotto sulle api, dal biologo Waddington: in seguito ad uno stress termico le ali di certe api cambiavano forma e tale forma permaneva nei discendenti. All’epoca Waddington non riusciva a credere che stesse avvenendo un fenomeno lamarckiano e non darwiniano, ma solo cinquanta anni dopo, una volta ripetuto l’esperimento alla luce delle nozioni di epigenetica, si capì che lo shock termico stimolava la produzione di proteine dello stress che a loro volta comportavano una certa variabilità dovuta alla loro azione sui trasposoni, componenti biologici che hanno il ruolo di impacchettare e “spegnere” la manifestazione di un gene o viceversa; il filosofo l’ha così definita una “co-selezione”, cioè una selezione che agisce contemporaneamente su fenotipo e genotipo.
Su questa vicenda Pievani ha ammesso che è futile discutere se su un dato fenomeno abbia ragione Darwin oppure no, perché un dato esperimento può sempre essere reinterpretato cinquanta anni dopo in modo diverso e quindi è meglio lasciar perdere il “derby Lamarck – Darwin”.

Conclusosi l’intervento di Pievani, interviene il genetista Mandrioli per spiegare che per troppo tempo ci si è concentrati su una ricerca del “gene per…” (che ha comunque dato molti frutti), mentre ora bisogna rendersi conto che l’evoluzione è anche “regolazione”. In pratica bisogna studiare sia le regioni codificanti sia quelle di controllo perché le mutazioni genetiche non sono l’unico motore dell’evoluzione.
Per fare una similitudine, il genetista ha fatto il caso di uno spartito su cui vengono scritte annotazioni diverse da direttori d’orchestra diversi, in tale metafora lo spartito rappresenta i geni mentre le annotazioni l’espressione genetica.
Vengono quindi mostrati una serie di esempi: le formiche di una stessa specie possono assumere forme molto diverse perché, benché abbiano stesso genoma, hanno un diverso “epigenoma”; analogamente succede con le api, dove le larve a cui viene data più pappa reale diventano api regina (lo scienziato ha ammesso di aver provato a mangiare pappa reale per vedere cosa succedeva ma non ha ottenuto effetti particolari); esiste una specie di mammiferi, le arvicole, che in seguito all’esposizione ad una certa sostanza sviluppano una propensione alla monogamia da che erano inizialmente poligami; infine, anche i gemelli omozigoti umani nel corso della loro vita continuano a presentare genoma simile ma gli epigenomi divergono.
Il genetista precisa che anche lui sente di far parte del fronte del “no”, a proposito dell’articolo di Nature citato inizialmente, perché i fenomeni epigenetici sono solo altri meccanismi di variabilità, a tal fine mostra un esempio di come l’epigenetica sia utile all’adattamento: se in un habitat viene introdotta una specie invasiva, le specie predate possono manifestare cambiamenti epigenetici utili per “guadagnare tempo” in attesa di una mutazione genetica adattativa.

L’intervento del poeta Gabriele Frasca parte dal racconto di una contesa tra Cecco d’Ascoli, un averroista del Trecento, e Dante Alighieri, quest’ultimo, contrario al determinismo filosofico sulla vita umana, o meglio, a quello dell’astrologia, sosteneva che noi uomini possiamo solo essere influenzati dai flussi astrali, ma esiste pur sempre il libero arbitrio. Dante fece l’esempio di due gemelli che nel corso della vita possono diventare persone molto diverse; Cecco replicò che è vero che possono diventare molto diversi, ma solo perché ciascuno è influenzato da un diverso lato della volta celeste!
Questo aneddoto è servito al poeta per porre un allegoria con l’epigenetica, chiedendo agli ascoltatori “a che altezza l’epigenetica si pone rispetto a quell’informazione esterna detta cultura?”
Nei romanzi di Dick, per esempio, vengono presentati personaggi che ricorrono alle droghe per realizzare un “salto evolutivo”, una droga immaginata come la “pappa reale” delle api.

Al termine di quest’ultimo intervento, da una sala gremita di persona (80 posti occupati più qualcuno in piedi) sono partite molte domande, di cui molte interessavano anche me, che alla fine sono intervenuto a mia volta proprio per l’ultima domanda (le seguenti domande e risposte sono una parafrasi personale, metterò tra virgolette le citazioni testuali…perdonatemi, sono solo un fisico).

· Spesso, purtroppo, i discorsi sull’evoluzione scadono nell’ideologico, ma benché noi reputiamo Darwin una pietra miliare della biologia, è necessario che tutti gli sviluppi successivi vengano etichettati come “darwiniani” o “neodarwiniani”?
Pievani: Le due posizioni spiegate inizialmente non sono arroccate su qualcosa di ideologico, in ogni caso viene definito “meccanismo darwiniano un meccanismo basato su una variazione ereditabile filtrata dalla selezione naturale”.
Mandrioli: “tutti gli aspetti citati (epigenetica, evo-devo ecc.) sono una cintura protettiva del nucleo darwiniano.”
· Siccome l’evoluzione richiede tempi lunghissimi, non è un problema che l’ereditarietà dei caratteri epigenetici cali col passare delle generazioni?
Mandrioli: All’interno di una data specie “si tentano vari fenotipi”, poi quello adatto si fissa, cioè diventa stabile perché, in ogni caso, non tutti i geni sono influenzati dall’ambiente.
· Le due posizioni scientifiche descritte inizialmente non sembrano veramente in contrapposizione per cose come l’origine del DNA, entrambe si basano comunque sulle mutazioni genetiche casuali e la selezione, cioè sono entrambe neodarwiniste, è così?
Pievani: Volendo citare il biologo Masatoshi Nei “non conosciamo tutte le cause delle mutazioni genetiche, potrebbero non essere random” , ma in realtà ci si dimentica sempre che l’evoluzione è anche un fatto biologico, cioè è una cosa che coinvolge anche sistemi più grandi di quello dei geni.
· Esistono applicazioni non utilitaristiche dell’epigenetica?
Mandrioli: Sì, si pensa agli “epifarmaci “ che hanno lo scopo di spegnere i geni tumorali.
· Perché Darwin nel susseguirsi delle edizioni de “L’Origine delle Specie” diventa sempre più lamarckiano?
Pievani: Darwin non aveva una teoria dell’ereditarietà e aveva il problema che i tempi dell’evoluzione dettati dai fossili non si conciliavano con il suo rigido gradualismo, per cui la sua fu una strategia difensiva che alla fine portò ad un pasticcio.
· Se i fenomeni epigenetici sono solo l’esplicitazione di caratteri preesistenti, com’è possibile la comparsa di una nuova specie in un senso più stretto?
Mandrioli: Statisticamente le mutazioni genetiche sono la causa principale delle variazioni, ma sappiamo che esistono caratteri che sono dati da più geni che interagiscono tra loro, può quindi succedere che un fenomeno epigenetico comporti un incompatibilità tra individui di una stessa specie con conseguente deriva genetica e formazione di specie diverse.

Provo ora a stendere un commento personale. Ho apprezzato l’incontro e il dibattito, in particolare ho trovato una buona dose di onestà intellettuale in Pievani, ma alcune cose mi hanno lasciato perplesso:

1) A proposito dell’epigenetica vista come soluzione temporanea in attesa di una mutazione adattativa, nel caso di specie invasive: detto così sembra quasi un’ammissione di incompletezza, come se non fosse davvero utile un meccanismo di questo tipo per contrastare una minaccia per una specie o la pressione della selezione naturale sui singoli individui.

2) La definizione di “meccanismo darwiniano” di Pievani mi è parsa così generica e onnicomprensiva che alla fine poco ci manca che anche un fautore dell’Intelligent Design sia darwinista! Infatti, la “mano del Disegnatore” ha lo scopo di causare variazioni genetiche negli organismi? Sì. Le variazioni sono ereditarie? Sì. Sono in seguito soggette alla selezione naturale? Sì.

A maggior ragione ciò varrebbe per dei semplici antidarwinisti come Pennetta e co. ( guarda un po’ che sfortuna, la prima volta che ho la possibilità di scrivere un articolo su Critica Scientifica, mi accorgo di essere un darwinista!)

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