L’evoluzione della “web-life”

Che cos’è l’evoluzione dei viventi se non il più grande, il più strepitoso, il più incredibile processo di trasformazione che la materia abbia mai prodotto lungo la sua storia, da quando esiste qualcosa anziché il nulla?

La teoria dell’evoluzione prevede infatti che tutta la vita che brulica oggi sul nostro Pianeta, dal mare all’aria, passando attraverso la terra, provenga da successive trasformazioni accadute per discendenza, cioè attraverso le generazioni, a partire dalla prima forma di vita apparsa.

I pesci, gli anfibi, i rettili, gli uccelli e i mammiferi, solo per citare le odierne classi dei Cordati, sono tutti prodotti formatisi nel tempo, di generazione in generazione, ripeto, a partire da antenati ancestrali indifferenziati che hanno continuato a figliare.  Come rami che si staccano dal tronco principale e formano una fronda, così i figli di queste generazioni.

Non solo la vita macroscopica, ma anche quella microscopica, che vive dentro ogni cellula, fatta di molecole che si muovono su binari precisi con tempi scanditi in modo perfetto, deve la sua complessità ad una semplicità originaria che si è via via trasformata.

Come, nessuno lo sa.

Cerco tra i fenomeni visibili quello che più ricorda questo “miracolo” di trasformazione e trovo che lo sviluppo embrionale di un vertebrato possieda diverse analogie.

Da due semi che si compenetrano, da una cellula sola, totipotente, nel giro di poche settimane o di pochi mesi a seconda della specie, si formano nuovi tessuti, nuovi organi, nuovi apparati, una nuova architettura e, alla fine, un essere completo, assolutamente imprevedibile.

In quaranta settimane o giù di lì, l’ovocellula umana fecondata dà origine a circa duecento tipi di tessuti che si strutturano in diversi organi ed apparati, formando testa, braccia, gambe, tronco, cuore, reni, polmoni, ossa, cervello, sangue, occhi, papille gustative, ecc….

Su piccola scala, è certamente analogo al big bang che ha dato origine all’Universo.

Le cellule sanno quello che devono fare in ogni istante e in ogni luogo in cui si trovano, mentre si moltiplicano ad un ritmo impressionante che non avrà eguali nell’arco della vita dell’animale: da pochi microgrammi di citoplasma, in quaranta settimane, si creano due o tremila grammi.  Spontaneamente.  Ma non è una crescita-tipo-palloncino; dalla simmetria sferica originaria si passa a quella bilaterale con tre assi lungo i quali si organizzano organi diversi, proprio in funzione della posizione.

Sean Carroll, uno dei più citati genetisti viventi, uno dei padri della teoria evo-devo, arriva a paragonare la precisione e la complessità delle attività morfogenetiche delle cellule alle funzioni del modernissimo GPS (global positioning system) che ci guida lungo le strade.

“Gli interruttori genetici funzionano come sistemi GPS.  Proprio come questi calcolano la posizione della vettura integrando diversi stimoli, gli interruttori integrano informazioni spaziali nell’embrione rispetto a longitudine, latitudine, altitudine e profondità e definiscono le aree in cui i geni sono attivati e disattivati.”

(pag. 109, Sean Carroll, “Infinite forme bellissime”, Codice 2006).

La prima mossa è la determinazione dei poli dell’uovo, la successiva, quella degli assi. Segue un altro passaggio incredibile per la complessità: la suddivisione del corpo embrionale in spicchi di longitudine e latitudine (come accade per la Terra), di dimensioni via via più piccole.

Ad ogni spicchio viene quindi assegnata un’identità precisa (un somite, un cuore, uno stomaco,…).  La formazione dell’organo specifico procede ora attraverso una ridefinizione di un nuovo “micro-mondo” con poli, meridiani e paralleli… e avanti di nuovo!

Ogni cellula sa quello che deve fare in funzione della sua posizione nell’embrione (un’idea antica in embriologia: è la positional information di Wolpert, 1969, o la sociologie cellulaire di Rosine Chandebois, 1980): è l’unico modo per spiegare la morfogenesi, il più grande spettacolo sulla Terra: contemporaneamente si sviluppano ex novo tutti gli organi di cui è fatto l’organismo, a partire da un uovo indifferenziato, tutto uguale e privo di qualunque minima bozza di ciò che sarà dopo qualche settimana!

Tutto procede “come se” il prodotto finito (l’embrione sviluppato) agisse attirando a sé ogni cellula, assegnandole il compito che deve svolgere nel tempo: è “come se” la vita non si costruisse per tentativi, ma sapesse chiaramente quello che deve fare con assoluta certezza, istante per istante e posizione per posizione.

L’organismo adulto è una “rete” (le cellule sono tutte derivate tra loro) che è cresciuta tutta insieme, stirandosi e differenziandosi nelle diverse direzioni, per forze interne, tese a realizzare la grande architettura (il masterplan).  Così come accade al copriletto che assume la forma della persona che vi si è appena infilata sotto.

L’embrione non è un punto che cresce per giustapposizione di nuovi punti e diventa un segmento: è una rete che si allunga e si differenzia nello spazio tridimensionale, comunicando di continuo tutti i dati da un estremo all’altro, in modo che ogni dettaglio faccia la sua parte, coordinato.  Come una squadra che avanza nel campo da gioco passandosi la palla.

Bene.  Sono alla conclusione.

Una teoria dell’evoluzione per discendenza è verificabile, secondo me, a due condizioni: primo, è in grado di presentare gli interruttori genetici responsabili della crescita di questa rete; secondo, descrive esperimenti di laboratorio in cui si osserva la “trasformazione” di un piano di sviluppo (masterplan) in uno diverso e vitale, per modificazione di tali interruttori e in modo immediato.

In altre parole, l’evoluzione, se c’è stata, deve rendere disponibile la sua base materiale: il pesce avrà da qualche parte la sua “possibilità” di diventare anfibio; il girino deve manifestare la sua potenzialità a diventare rettile e questi deve dimostrarsi trasformabile o in un uccello o in un mammifero.

Cerco di spiegarmi meglio.  L’evoluzione deve avvenire, per conto mio, durante lo sviluppo embrionale, cioè nel momento privilegiato della definizione delle macrostrutture dell’animale.  Perciò cerco esperimenti che mi consentano di manipolare queste “direttrici di sviluppo” verso la novità, ovvero verso animali che non sono più interfecondi con il gruppo originario.  Animali evoluti.

Un aspetto importante di questa trasformazione è la sua tempestività, perché in effetti la documentazione paleontologica che abbiamo sembra suggerire l’intermittenza più che la gradualità.

Per quanto riguarda la prima condizione, ovvero gli interruttori genetici responsabili, lo stesso Autore citato in precedenza, Sean Carroll, elenca e descrive numerosi esempi, dai geni Hox ai cluster che controllano lo sviluppo del cuore, o degli occhi, o degli arti.

Un passo è stato fatto, certamente.   Tuttavia bisogna ricordare che tali esempi, per quanto significativi e sperimentali, costituiscono solo la prova documentata dell’attività dei geni nella determinazione dei processi morfogenetici, piuttosto che individuare la possibilità di nuovi vitali patterns di sviluppo.

In altre parole, giocando con questi geni, si possono formare occhi di Drosophyla in sedi diverse dalla testa, oppure sviluppare organi come occhi o cuore incompleti, ma non si è mai vista, almeno per quanto mi risulti, la trasformazione di una Drosophyla in una libellula o di un girino in una lucertola, o anche semplicemente la comparsa di una novità vitale.  La seconda condizione, cioè, attende conferme sperimentali.

In fondo in fondo, piaccia o no la crudezza degli esempi riportati, è questo quello che una teoria dell’evoluzione per discendenza deve mostrare e predire: la fattibilità realistica delle trasformazioni, per azione di “determinanti morfogenetici” accessibili alla nostra indagine.

Umberto Fasol