Avete tutti i neuroni di un lumacone

Osservando fra di loro un moscerino e un cane, sembra difficile trovare qualcosa in comune. Invece sono più simili di quanto pensiamo.

E quando guardiamo questi esserini che sembrano usciti da un film di Miyazaki:

Nudibranch
Alzi la mano chi non ha pensato a Ponyo sulla scogliera.

 

Sembra difficile pensare che, in fondo in fondo, siano dei nostri lontani cugini.

Tutti i viventi sono in qualche modo diversi fra loro. Questo fatto, piuttosto evidente, è una delle chiavi della bellezza della natura. Ma c’è un altra cosa, non meno stupefacente, che a volte salta agli occhi di chi osserva: tutti i viventi hanno anche qualcosa in comune. Sebbene sia vero che fra due animali di specie diverse esistano delle innegabili differenze, vi sono anche tante caratteristiche che si mantengono – soprattutto nei meccanismi di funzionamento di base dell’organismo. 

A volte le somiglianze sono piuttosto evidenti, come quelle fra un gatto e un leone; altre volte lo sono molto meno e per coglierle è necessaria un’osservazione microscopica e molecolare degli organismi. Quelli nella foto, per esempio, sono una specie che appartiene al gruppo dei tunicati, il quale è una suddivisione del phylum dei cordati. Le altre suddivisioni dei cordati sono i cefalocordati… e i vertebrati. Noi, cioè.

Il motivo di queste somiglianze risiede, di solito, in un fatto molto semplice: tutti i viventi si sono evoluti da un unico antenato comune. Si tratta della cosiddetta filogenesi: evoluzionisticamente parlando, le specie si differenziano, come i ramoscelli di un cespuglio che percorrono direzioni diverse [1].

evotree
Image credits: From Quarks to Quasars

 

Esiste anche un altro fenomeno, quello della convergenza evolutiva (quando cioè due specie evolvono caratteristiche simili senza averle ereditate da un progenitore comune, come cetacei e ittiosauri) che però richiede un trattazione a parte e per ora tralasciamo per non complicare e appesantire il discorso.

C’è quindi un grado di parentela fra i viventi, esattamente come fra uno statunitense anglosassone e un attuale britannico può esserci un lontano legame, risalendo di generazione in generazione fino a qualche trisavolo che nel ‘600 si imbarcò per la Virginia. Esattamente come fra loro due e un attuale scandinavo si potrebbe trovare quel lontano antenato di ceppo germanico che decise di migrare a sud all’epoca della decadenza dell’Impero romano (o forse un po’ più tardi, o addirittura prima). Quando cioè ci fu una divergenza fra la sua discendenza e quella dei suoi parenti più prossimi.

Risalendo di progenitore in progenitore, secondo alcuni evoluzionisti si potrebbe addirittura arrivare all’antenato comune più recente di tutto l’insieme degli attuali organismi viventi, che gli anglofoni hanno simpaticamente battezzato LUCA (Last Universal Common Ancestor).

luca
Discendiamo tutti da lui. O quasi.

 

Non è quindi strano dire, in biologia, che siamo imparentati con quei buffi esserini [2], più di quanto lo siamo con le stelle di mare (echinodermi). Che sono nostre parenti più prossime di una medusa (cnidari). Ovviamente il discorso è relativo e siamo più toccati dalla sorprendente vicinanza evolutiva con lo scimpanzè bonobo piuttosto (circa il 98% del DNA è in comune).

Ma l’albero evolutivo inizia a dipanarsi da prima dell’era paleozoica, sviluppando ogni ramo in mille direzioni che poi l’ambiente poterà selezionando quelli più adatti alla sopravvivenza. L’evoluzione si origina da mutazioni casuali, ma la selezione non è casuale.

Richard Dawkins, noto divulgatore ed evoluzionista britannico. Credits: Zafirov Biology
“L’evoluzione è stata osservata. Solo, non è stata osservata mentre avviene.” Richard Dawkins, noto divulgatore ed evoluzionista britannico. Credits: Zafirov Biology

 

Ma a legarci biologicamente agli altri organismi sono anche molte cose che non si notano a occhio nudo e che Charles Darwin, in barba ai creazionisti, troverebbe estremamente affascinanti. Poiché una buona parte del DNA è in comune fra tutti gli esseri viventi, di conseguenza molti processi biochimici e meccanismi fisiologici si sono conservati nel corso dei milioni e milioni di anni di evoluzione della vita: ciò che “funzionava”.

L’esempio più classico in questo caso è quello del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster), studiatissimo in genetica, in biologia molecolare dello sviluppo e in embriologia. Importanti studi vennero condotti su questo insettino per capire molte caratteristiche legate al modo in cui i geni vengono ereditati, ma anche come vengono espressi [3]. E’ quello che si chiama modello animale, cioè un organismo soggetto a studio comparativo riguardo determinate caratteristiche – proprio quelle che si cerca in altri organismi.

 

La mitica Drosophila. Quando mai qualcuno ha occupato e sabotato un laboratorio per i suoi diritti?
La mitica Drosophila. Quando mai qualcuno ha occupato e sabotato un laboratorio per i suoi diritti?

 

Molti esperimenti sono stati condotti su questo organismo, fra i preferiti nella ricerca (assieme ad altri come l’anfibio Xaenopus o il nematode Caenorhabditis).

Vogliamo andare oltre? Gli studi di Mendel sui piselli, o in generale gli studi condotti sulle piante agli albori della genetica. Ebbene sì, abbiamo qualche cosina in comune anche con i vegetali [4], anche se chiaramente qui le differenze si fanno più marcate e lo zio Pino magari non profuma di suo.

Ma esistono molti altri campi dove si evince una generalizzazione delle caratteristiche fra organismi diversi. Per quanto la cosa possa non piacere ai creazionisti, ciò ci ricorda la nostra origine in comune, è un importante tassello nel mosaico dell’evoluzione.

I topi condividono oltre il 90% del loro DNA con l’essere umano e per questo sono impiegatissimi nella sperimentazione biomedica e dai ricercatori. Certo, bisogna sempre distinguere caso per caso e tenere conto tanto delle somiglianze quanto delle differenze. Però, nessuno in realtà sostiene che i modelli animali nella ricerca biomedica siano copie dell’organismo umano, sarebbe folle il ricercatore o il sostenitore razional(ista) che affermasse ciò. Ogni modello animale oggetto di studio viene piuttosto selezionato sulla base di caratteristiche precise che si vuole riportare rispetto alla specie di paragone [5].

Vi stupirà sapere a questo punto che nel campo della neurobiologia dobbiamo molto di quel che sappiamo su come funziona il nostro sistema nervoso a dei… lumaconi bavosi.

lumacone
Aplysia californica, in tutta la sua fotogenicità. Ha molto più in comune col nostro cervello di quanto pensiate. E conosco persone che hanno molto più in comune col suo cervello di quanto esse credano.

 

Uno degli aspetti più affascinanti del sistema nervoso è proprio che la natura, una volta che esso si è evoluto in maniera efficiente, lo ha conservato nei meccanismi di base e nel funzionamento dei neuroni, dalle meduse fino al cervello umano con la sua intelligenza (che ne è una manifestazione, selezionata anch’essa durante il processo evolutivo).

A differenziarsi sono stati piuttosto il numero dei neuroni ed il modo in cui si collegano tra di loro, andando a sviluppare anche dei neuroni collegati fra loro generando una rete gradualmente complessificata che “elabora” le informazioni, oltre a quelli connessi ai distretti dell’organismo (che “trasportano” le informazioni, dalle più primitive cellule sensoriali sensibili a stimoli luminosi o chimici fino ai moderni recettori sensitivi o ai motoneuroni per “comandare” un movimento).

neurone

Nell’uomo si stimano fino a 100 miliardi circa di cellule nervose, di cui la metà impiegate nel controllo e nell’elaborazione delle informazioni; contro i circa 500 milioni del polpo di cui 300 adibiti al movimento dei tentacoli, 130 per l’apparato visivo e solo mezzo milione nei “centri di controllo”. Ma i meccanismi che controllano il funzionamento di questo sistema straordinario sono rimasti, alla base, fondamentalmente i medesimi.

Proprio per questi motivi si è potuto utilizzare un modello come il lumacone (come quello retto in mano dal famoso neuropsichiatra Eric Kandel nella sua altrettanto famosa foto [6]) per studiare molti processi che si sono mantenuti fino a noi: la lumaca marina dell’isola di Catalina (Aplysia californica) ha dieci miloni di volte meno neuroni, ma i segnali elettrici che questi trasmettono sono gli stessi dei nostri.

kandel
Ciao, sono l’avatar di AFDSA. Quanto è stiloso il mio farfallino intonato con il lumacone?


Studiare questi stessi processi nell’uomo per Kandel, anche avendo a disposizione volontari, sarebbe stato molto difficile, per via dell’enorme densità neuronale del nostro cervello, con un’intricata maglia di “assoni” e “dendriti” in cui un impulso nervoso può propagarsi. Sarebbe in pratica come prendere una cartina di Roma dall’alto e tracciare il percorso di un’automobile che da Termini va al Colosseo e poi a Tiburtina per immettersi sul raccordo anulare e raggiungere Posta Fibreno in Ciociaria. In bocca al lupo. 
Invece, tracciare sulla cartina il percorso di un automobilista che da Sora o Frosinone vuole raggiungere il famoso laghetto di Posta Fibreno è decisamente più semplice (c’è solo quella strada).

Ecco infine come il neurofarmacologo professor Ezio Giacobini dell’università di Ginevra e PhD a Stoccolma, in un’intervista con Piero Angela per Quark ritrovabile anche nel libro “Viaggio nella scienza”, descrive questa somiglianza tra cervelli semplici e complessi:

 

Il cervello della lumaca conta soltanto 10.000 cellule nervose, tuttavia è già molto complesso. Naturalmente esistono differenze col cervello umano ma non sono così profonde come si è portati a credere. Per lo meno in senso chimico e fisiologico i due cervelli funzionano in modo assai simile, utilizzando gli stessi “mediatori” chimici, come la serotonina, la noradrenalina, l’acetilcolina. La natura ha impiegato un tempo molto lungo per perfezionare la prima cellula nervosa, ma una volta trovato il sistema adatto lo ha mantenuto nell’evoluzione delle specie e dei cervelli. Si tratta di un esempio di economicità e di razionalità. Così l’acetilcolina, per fare solo un esempio, è rimasta tale e quale nel cervello del polpo, in quello del pesce elettrico, in quello della lumaca e via via fino all’uomo. Le differenze consistono in ciò che gli americani chiamano genericamente “wiring”, cioè l’organizzazione e il sistema di comunicazione (più complesso e con unità più numerose). La differenza, in parole povere, è come quella esistente tra una calcolatrice da tavolo e un computer molto potente.

neuroni
Credits: Pixshark

 

neuronal

evotrash
Credits: Bizarro Comics

 

Bibliografia per approfondimenti:

  • Fondamenti di zoologia – Cleveland P. Hickman, Jr., S. Roberts, S. L. Keen, D. J. Eisenhour, A. Larson, H. Lanson
  • Vertebrati: anatomia comparata, funzione, evoluzione – Kenneth V. Kardong
  • Manuale di anatomia comparata – Erminio Giavini, Elena Menegola
  • Genetica, principi di analisi formale – Anthony Jf Griffiths, Anthony J.F. Griffiths, Susan R Wessler, Sean B Carroll, John Doebley
  • Drosophila, una guida per il laboratorio –  Michael Ashburner, Kent Golic, R. Scott Hawley 
  • Principi di fisiologia generale – Cesare Casella, Vanni Taglietti
  • Principi di biofisica della cellula – Vanni Taglietti, Cesare Casella
  • Principi di fisiologia – Robert Berne, Matthew N. Levy, Bruce M. Koeppen, Bruce A. Stanton
  • Principi di neuroscienze – Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell

Note:

[1] e se ancora non lo conoscete, salvatevi fra i preferiti Pikaia, il portale dell’evoluzione.

[2] http://www.nationalgeographic.it/dal-giornale/2010/11/26/foto/giappone_i_tre_volti_del_mare_-_fotogalleria-143283/13/

[3] https://prosopopea.wordpress.com/2013/03/18/come-la-genetica-quasi-ammazzo-darwin/

[4] http://noidiminerva.it/2013/11/08/la-storia-della-genetica-1-mendel-e-leredita-dei-caratteri/

[5] https://difesasperimentazioneanimale.wordpress.com/2014/04/27/mini-faq/

[6] c’è anche una bella intervista a lui sul suo lavoro sul New York Times qui.

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