Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

E il DNA svelò i suoi segreti. La Repubblica 24 luglio 2007. Jim Watson era uno studente americano molto brillante. Conseguì il Ph.D. in Genetica (il dottorato di ricerca) all´Università dell´Indiana e ricevette una borsa di studio per continuare la sua preparazione in laboratori europei. Ne girò più d´uno per qualche tempo. Alla fine riuscì a trovare un posto nel laboratorio di Cambridge ove era stato creato il metodo di studio della struttura dei cristalli mediante i raggi X. Sperava di capire la struttura del Dna, l´acido desossiribonucleico che forma i cromosomi, che era stato recentemente cristallizzato in laboratori inglesi. Il suo supervisore americano, convinto che fosse un´impresa impossibile, soppresse la borsa di studio, ma a Cambridge lo aiutarono a sopravvivere, benché nemmeno la direzione del laboratorio avesse fiducia nel progetto. Il successo venne grazie alla stretta collaborazione fra Watson e un fisico inglese, Francis Crick, che aveva una preparazione metodologica adatta: insieme inventarono una struttura che poteva spiegare le immagini di Dna ottenute a raggi X da un´altra ricercatrice inglese, Rosalind Franklin. La struttura ipotizzata sembrava anche permettere di capire perché gli organismi viventi possono riprodurre se stessi. Era vero: di fatto, spiegava il segreto stesso della vita. Il Dna è una molecola doppia, formata da due lunghissimi filamenti molto sottili e attorcigliati l´uno all´altro in una doppia spirale, composti di un numero elevatissimo di unità, dette nucleotidi. I due filamenti sono appaiati strettamente, come può avvenire di due fili di lana appiccicati l´uno all´altro che formino una spirale. Ciascuno dei due è costituito di solo quattro nucleotidi, simboleggiati dalle lettere A, C, G e T, le iniziali del loro nome chimico. In ciascun filamento i quattro nucleotidi sono disposti in un ordine preciso, che ripete strettamente quello dell´altro filamento, con una regola stringente: dove il primo ha un A, l´altro ha un T, e viceversa (di fronte a un T del primo, cioè, c´è un A nel secondo). Dove il primo ha un C il secondo ha un G, e viceversa. Il Dna ha la capacità di autoduplicarsi nell´ambiente formato dalle cellule in cui è presente: è così che i genitori passano ai figli una copia identica del proprio corredo ereditario. Qualche anno fa è uscito un film, assai mediocre, GATTACA, che parlava di Dna. Se su un filamento di Dna c´è un segmento GATTACA, su quello opposto c´è la sequenza CTAATGT. Il filamento doppio di Dna è quindi: GATTACA; CTAATGT Il Dna che un genitore passa al figlio è un doppio filamento come questo. Un filamento singolo è sottilissimo, ma invece di sette nucleotidi come nell´esempio, nella specie umana ce ne sono più di tre miliardi, divisi in ventitré cromosomi, cioè in ventitré doppi filamenti di Dna di diversa lunghezza. Ognuno di noi ha due doppi filamenti di Dna da tre miliardi di nucleotidi, uno di origine paterna, l´altro di origine materna, cioè, in tutto dodici miliardi di nucleotidi. I filamenti sono attorcigliati in modo così complesso che al momento della divisione cellulare si raccolgono in gomitoli corti e spessi, a forma di bastoncini, e si possono vedere facilmente al microscopio (i cromosomi, per l´appunto). Questo è il genoma umano: una doppia spirale di Dna. Come le lettere in un libro, nei cromosomi di ogni specie vivente i nucleotidi sono disposti in un ordine preciso, che decide cosa sarà un organismo, se un batterio o una mosca, una quercia o un elefante. Ogni essere vivente è costruito così. La scoperta di Watson e Crick ha illuminato la natura della vita e trasformato la nostra visione del mondo. Tutta la ricerca successiva l´ha confermata, dimostrando che l´ordine dei nucleotidi nei cromosomi è ciò che permette ad ogni cellula di costruire se stessa. Ad ogni divisione delle cellule di un individuo, quando si forma un nuovo Dna che è un duplicato del vecchio, si hanno però rarissimi errori di copia. Ogni mutazione è un errore che avviene all´atto del raddoppiamento: è raro, spontaneo e casuale, ma si verifica con una probabilità costante. Le mutazioni che avvengono nelle cellule germinali (spermatozoi e cellule uovo) sono trasmesse alla discendenza. Ne avviene una ogni trenta milioni di nucleotidi circa, in media, ad ogni generazione umana. Se consideriamo un solo individuo, il genoma paterno o materno di un figlio porta in media duecento mutazioni nuove di un singolo nucleotide l´una. Quattrocento in totale per individuo, poiché riceviamo un genoma completo dal padre e uno dalla madre. Usiamo questi numeri a titolo esemplificativo: non sono noti con precisione, e possono variare molto da un sito all´altro del Dna. C´è una piccola complicazione, che è bene spiegare per non essere fraintesi. La molecola è sì una doppia spirale, ma ognuna delle due determina l´altra, per cui parlando di mutazioni si considera il "paio di nucleotidi" di una molecola di Dna come una sola unità; per la stessa ragione si considera che il genoma sia formato da tre miliardi di nucleotidi, cioè da un singolo filamento. Da ciascuno dei genitori si riceve in realtà un doppio filamento, quindi sei miliardi di nucleotidi, ma ciascun filamento è complementare all´altro, e non introduce nessuna novità. La mutazione, quindi, insorge perché il processo di copiatura non è perfetto (nessun processo di copia è perfetto, anche i computer sbagliano). Le mutazioni più frequenti comportano la sostituzione di un nucleotide con un altro, ma ve ne sono molti altri tipi, come lo spostamento, la perdita, il raddoppio di segmenti di cromosomi o di cromosomi interi. Sono tutti fenomeni di natura "casuale", cioè determinati da eventi imprevedibili, in quanto non conosciamo la ragione precisa per cui uno o più nucleotidi particolari in un punto della lunghissima molecola del Dna vengono sostituiti da altri. Sappiamo però che le mutazioni possono essere causate da perturbazioni locali che agiscono sul Dna, anche sui singoli nucleotidi; siamo in grado di misurare la frequenza con cui si verificano; e sappiamo che avvengono effettivamente molto di rado (anche per questo è difficile capire i motivi di ciascuna mutazione). Cominciamo anche a comprendere come aumentarne o diminuirne la frequenza, il che è desiderabile perché molte mutazioni sono dannose e vogliamo evitarle. Essendo casuali, le mutazioni non sono necessariamente utili, anzi la maggioranza non ha alcun effetto visibile. Magari potranno essere utili domani, in nuove situazioni. Proprio perché casuali, però, possono essere anche nocive, e provocare malattie genetiche, cioè ereditarie. Perché la mutazione è fondamentale? Perché determina tutte le novità che compaiono negli organismi viventi. Perché è anche importante che sia casuale? Perché il fatto che avviene a caso fa sì che la vita esplori tutte le alternative possibili. Due individui differiscono in media per un nucleotide ogni 1000 o 2000, ma nella popolazione umana vi sono sei miliardi di individui, e nel corso delle generazioni ha avuto modo di accumularsi un grandissimo numero di novità. Le novità che funzionano meglio si affermeranno automaticamente, nel corso del tempo, divenendo sempre più frequenti, e alla fine sostituiranno il tipo precedente. Ogni essere vivente ha bisogno di nutrirsi e riprodursi, e nella ricerca e utilizzo di fonti di cibo ogni individuo può trovarsi in concorrenza con altri individui della stessa e di altre specie. L´ambiente cambia di continuo, e per sopravvivere i viventi devono adattarsi a questi cambiamenti. C´è concorrenza anche nella ricerca di un individuo della stessa specie come coniuge. Ogni organismo è esposto all´attacco di parassiti, che lo divorano dall´interno. Benché rare, vi sono mutazioni che portano vantaggio e permettono di bloccare l´attacco di un parassita, o di sfruttare una nuova fonte di cibo, o di utilizzarne meglio una già sfruttata. Queste mutazioni favoriscono chi le porta. Ne avvengono nella riproduzione del parassita, dell´ospite, di qualsiasi organismo vivente. Ognuno evolve come meglio può: l´ospite cambia per mutazione, e chi grazie a questa si difende meglio da un parassita lascia più figli, nella generazione successiva, rispetto a quelli che non hanno la mutazione. Il tipo nuovo prodotto dalla mutazione tende così ad aumentare continuamente nelle generazioni successive. Ma anche il parassita cambia per mutazione casuale, e se la mutazione migliora la sua capacità di attaccare l´ospite, riuscirà a mantenersi all´altezza della situazione e magari a provocare gravi epidemie. Questa è la selezione naturale, un meccanismo automatico ed inevitabile, che aiuta ogni specie a mantenersi e, se possibile, prosperare. così che mutazione e selezione rendono l´evoluzione un processo che crea continuamente novità, senza scampo. L´idea che la mutazione sia casuale urta contro grandi pregiudizi. Molti sono convinti che la nostra esistenza sia controllata dal fato, ovvero da un Dio onnisciente ed onnipotente, preferendo quindi una visione idealistica del mondo (il cosiddetto finalismo o teleologia). Vi sono anche biologi, sempre più rari, che credono che organi così complessi come l´orecchio e l´occhio siano troppo complicati per essersi sviluppati pezzetto per pezzetto in una lunga serie di mutazioni casuali. Altri desiderano vedere nella natura il segno sicuro di un ordine superiore. Per ragioni squisitamente religiose, il 50 per cento degli americani, il popolo la cui fiducia nella scienza e nella tecnica ha grandemente aiutato la rivoluzione scientifica, non crede all´evoluzione, perché le loro sette cristiane impongono di credere nelle parole esatte della Bibbia: il mondo è stato creato così com´è in sette giorni da un Dio, e non cambia mai. I biologi migliori hanno idee diverse. La vita è un bricoleur, nelle parole del grande biologo francese François Jacob. La natura è un artigiano dilettante esperto nel fai da te, che opera piccole riparazioni e aggiustamenti, talora anche grandi, usando tutte le alternative disponibili, tiene quelle che funzionano e butta le altre. Non ha un progetto preciso, ma prova in tutte le direzioni, sbaglia, riprova e scopre quello che fa al caso suo. I meccanismi biologici sono capolavori dell´arte di arrangiarsi. Con buona pace di quanti, filosofi o credenti, hanno pensato che la storia della vita sia guidata in una precisa direzione da un´intelligenza suprema, l´"intelligenza suprema" è semplicemente la selezione naturale, che sceglie automaticamente le mutazioni utili, perché si riproducono più delle altre. Dal momento in cui ha avuto inizio, la vita è stata inevitabilmente diretta dalla selezione naturale, attraverso la quale il caso, rappresentato dalla mutazione, ha dimostrato di essere molto creativo. Vedremo che il caso agisce anche per altre vie. Che vi sono altre forze, accanto alla mutazione e alla selezione naturale. E che non vi è motivo di impensierirsi perché il caso è importante nella nostra evoluzione. Sarebbe comunque una preoccupazione futile, perché è così che vanno le cose. LUCA E FRANCESCO CAVALLI-SFORZA (4 - continua)

LA REPUBBLICA 24/07/2007