Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

La velocità della luce e della vita. La Repubblica 4 settembre 2007. L’ evoluzione biologica è lentissima, ma vi sono importanti eccezioni. La teoria moderna si basa su teoremi matematici, e data la nota avversione ai numeri della maggior parte delle persone, soprattutto di chi ha fatto solo studi classici e viene considerato, almeno in Italia, unico latore delle conoscenze che veramente contano, che speranza abbiamo noi di spiegare la teoria moderna dell’ evoluzione sulle pagine della Cultura, pur sui migliori giornali italiani, partendo da teoremi matematici? Per fortuna vi sono strade più semplici: si possono usare, ad esempio, pochi numeri facilmente comprensibili a chiunque, perché si tratta solo di capire se sono grandi o piccoli. Per cominciare, diciamo subito che se l’ evoluzione è lenta, vuole dire che la sua velocità è bassa. Tutti conosciamo almeno una velocità: quella dell’ automobile, lo spazio percorso nell’ unità di tempo. Nel caso dell’ auto usiamo velocità misurate in chilometri all’ ora, cioè ci serviamo dei chilometri come unità di spazio e dell’ ora come unità di tempo. Studiando la velocità della luce, che è molto più rapida, usiamo di nuovo i chilometri come unità di spazio, ma la velocità è così elevata che di solito cambiamo unità di tempo e usiamo i secondi. Scopriamo che la luce è enormemente più veloce, perché copre 300.000 chilometri al secondo. Sappiamo che in un’ ora vi sono 3600 secondi, per cui possiamo calcolare quanto la luce è più svelta di un automobile che viaggia a 120 chilometri all’ ora. Risposta: nove milioni di volte. Ma nel caso che ci interessa qui vogliamo calcolare velocità di evoluzione. Le velocità di evoluzione biologica di diversi organismi sono assai differenti. Per misurarle abbiamo bisogno di valutare il cambiamento che subisce una popolazione che evolve, e ci serve un’ unità ragionevole per misurare il tempo in cui il cambiamento avviene. Si dà il caso che l’ unità di tempo più utile non sia qui la scala del tempo astronomico, come l’ ora o il secondo o l’ anno luce, bensì la generazione. Il tempo biologico è quello necessario per riprodursi: un batterio può metterci venti minuti, anche dieci soltanto, mentre la nostra specie impiega in media venticinque o trent’ anni, a seconda che si tratti di donne (25) o di uomini (30). Il tempo di generazione è l’ unità che ci permette di misurare l’ evoluzione biologica, e ci dice che il rapporto tra velocità di riproduzione, e quindi anche di evoluzione, di batteri e di uomini è come quello tra minuti ed anni. Grosso modo, quindi, un batterio può evolvere 500.000 volte più rapidamente di noi. Quale cambiamento evolutivo possiamo attenderci in una generazione? Anche qui, vediamo che la risposta cambia assai secondo la specie e il tipo di cambiamento che consideriamo, però alla fine del ragionamento ritroveremo alcune costanti: scopriremo, in particolare, che il cambiamento evolutivo fondamentale avviene in media con la stessa velocità per generazione nei batteri come negli uomini. Una popolazione di batteri del tifo o della polmonite può aumentare in meno di un giorno da un batterio a un miliardo di batteri, alla temperatura che trova nel corpo umano. Raggiunto quel numero, potrebbe avere prodotto abbastanza sostanze tossiche da provocare una rapida morte del malato. In realtà non succede, perché trova una grande resistenza in quasi qualunque organismo umano, e per ucciderlo può impiegare otto giorni per la polmonite, un mese per il tifo. Oltre a queste difese biologiche, l’ uomo ha sviluppato, sempre per evoluzione biologica ma molto più di qualunque altro animale, una nuova arma, l’ evoluzione culturale. Grazie a questa, il secolo scorso ha visto ridursi quasi a zero la probabilità di morire di tifo o di polmonite in un Paese con una struttura sanitaria moderna, mentre in precedenza la probabilità di sopravvivere a tifo o polmonite non era lontana dal 50%. Il merito spetta qui a chemioterapie e antibiotici. Ma anche i batteri hanno un’ arma biologica per evolvere, la stessa di cui dispongono tutti gli organismi viventi, cioè la mutazione, per cui possono sviluppare resistenza ad ogni possibile antibiotico (benché con probabilità molto bassa, come è vero per tutte le mutazioni). Le mutazioni di resistenza batterica sono sufficienti ad annullare la difesa fornita dall’ antibiotico, per cui dobbiamo continuare a produrne di nuovi, che ci difendano dai germi divenuti resistenti ad antibiotici più vecchi e ormai inutili. una lotta tra la mutazione nei batteri e la nostra capacità inventiva. Esauriremo un giorno tutti i possibili antibiotici, correndo il rischio di non riuscire a mantenere il livello di protezione attuale? difficile dare una risposta. Lo vedremo in questo secolo. Ma mentre i batteri possono lottare solo con l’ arma biologica della mutazione, l’ arma dell’ evoluzione culturale può suggerirci nuove vie di difesa. La più grave malattia infettiva che ci minaccia oggi è l’ AIDS. Abbiamo molti modi di difendercene, a partire dalla semplice prudenza. Ma anche se non vi fossero speranze di evitare il contagio, la natura avrebbe già provveduto: vi è una percentuale di europei, intorno a una media del 10%, che ha un gene che conferisce loro resistenza all’ AIDS. probabile che in passato vi siano state epidemie di virus simili all’ AIDS, che hanno dato origine a questa percentuale di resistenti, e che non sia stato necessario che la percentuale dei resistenti salisse al 100% perché l’ epidemia provocata da un virus simile all’ AIDS si esaurisse. In modo simile, non è stato necessario vaccinare il 100% della popolazione contro il vaiolo o la difterite o altre epidemie per arrestarle. Vero è che l’ evoluzione culturale (sempre lei!) potrebbe suggerire a qualche terrorista di reintrodurre vecchie epidemie. stata la mutazione a creare i batteri pericolosi, come quelli resistenti a un dato antibiotico, o gli individui resistenti all’ AIDS, o ancora gli individui dotati di maggior immaginazione, vuoi che la usino per difenderci dai germi patogeni o per diffondere il terrore; ed è stata la selezione naturale ad aumentare il numero dei batteri pericolosi come quello degli individui resistenti. La vita è la capacità di riprodurre se stessi: mutazione e selezione naturale sono le due forze che l’ hanno sostenuta e diffusa fin dai suoi inizi. Esse hanno anche reso inevitabile l’ evoluzione dei primi organismi viventi, originati chissà come, portando col tempo alla comparsa dei molti milioni di specie diverse di piante, animali e microrganismi che convivono sul pianeta. La riproduzione di un organismo vivente richiede che sia trasmesso ai figli quel "libro di ricette" che ha permesso ai genitori di compiere tutte le reazioni chimiche necessarie per procurarsi il nutrimento e usarlo per crescere, duplicare se stessi e passare copia del ricettario ai propri figli. Il libro di ricette è il DNA, e la sua riproduzione richiede un processo di copiatura. Come in tutti i processi di copia vi sono errori casuali, cioè le mutazioni, che vengono passate ai discendenti quando un essere vivente riproduce se stesso. Ciò che muta è appunto il libro di ricette: se il figlio ne riceve una versione modificata, saranno le nuove ricette ad essere eseguite. Il processo di autoriproduzione premia chi si riproduce di più, e automaticamente favorisce, nei limiti del possibile, l’ aumento numerico degli organismi viventi. così che l’ errore di copia, pur essendo casuale, fa sì che l’ efficienza del sistema della vita migliori automaticamente. Vi è un limite, come è naturale, alla quantità di errori di copia compatibile con la vita. Gli errori, essendo casuali, non sono necessariamente buoni o cattivi, ed anzi la maggioranza non hanno alcun effetto, cioè non influenzano né positivamente né negativamente la capacità di riprodursi. Una parte delle mutazioni è vantaggiosa e gli individui che le portano aumentano di numero con le generazioni, mentre la parte che è svantaggiosa viene automaticamente eliminata quando passa al vaglio della selezione naturale, perché gli organismi che non si riproducono al livello della media dei loro simili tendono a scomparire nelle generazioni successive. L’ evoluzione, però, tende a produrre organismi di maggior complessità, provvisti di meccanismi di regolazione sempre più numerosi e complicati, un po’ come le automobili di oggi sono piene di automatismi elettronici, mentre all’ inizio la partenza si faceva a manovella e il motore era molto più semplice. Con l’ aumento di complessità sono aumentati i rischi di compromettere, con nuove mutazioni, questi meccanismi di regolazione. In quasi tutti gli organismi, tranne alcuni virus che si riproducono a grande velocità e possono quindi permettersi di perdere una frazione elevata di discendenti, la mutazione deve venir mantenuta entro limiti ristretti. Non stupisce quindi che la velocità di mutazione, calcolata per unità di generazione, sia bassa, e che sia costante anche in organismi assai diversi. La frazione di nucleotidi (le unità di struttura del DNA) che mostrano errori di copia è all’ incirca la stessa nei batteri e nell’ uomo: si tratta in media di una mutazione per nucleotide su qualche decina di milioni di individui per generazione. Se un organismo fosse perfetto, gli converrebbe non avere affatto mutazioni, restando sempre uguale a se stesso. Sarebbe possibile? Per un po’ di tempo si credette che la frequenza di mutazione dovesse essere la più bassa possibile. Invece non può essere così, perché l’ ambiente intorno a noi cambia continuamente, che ci piaccia o meno, sotto l’ influenza di fattori cosmici, di altri organismi, e di noi stessi. Cambiano anche i nostri concorrenti (come i parassiti che si nutrono di noi). La mutazione è quindi necessaria, e l’ ideale dovrebbe essere mantenerla a un livello di frequenza ottimale, non troppo alto e non troppo basso. Possono esistere situazioni in cui è vantaggioso aumentarne la frequenza, per esempio se un cambiamento ambientale drastico rende più difficile sopravvivere e riprodursi. In effetti, vi sono mutazioni che provocano cambiamenti nella velocità di mutazione di molti geni. Sottoponendo batteri ad ambienti insoliti e difficili, si è osservato un aumento fino a 100 volte della frequenza di mutazione. C’ è un bell’ esempio che ci viene dalla Dafnia, un microscopico crostaceo che abita in acqua dolce. Dà bene l’ idea di come un organismo può superare le difficoltà che nascono nel suo ambiente. Di solito le Dafnie sono solo femmine, non vi sono maschi. Come è naturale, nascono solo figlie femmine, per partenogenesi, in tutto uguali alle madri. Ma quando qualcosa cambia nell’ ambiente, magari una variazione di temperatura, o un inquinante che minaccia la sopravvivenza della popolazione, le Dafnie rispondono cominciando a generare figli dei due sessi, maschi e femmine, che si incrociano tra loro, generando una notevole diversità nelle generazioni successive. Qualcuno dei nuovi tipi riesce a superare la crisi ambientale, se questa non è troppo grave. Quando il pericolo è passato, le Dafnie riprendono a generare solo figlie femmine, uguali alla madre e quindi ben adattate all’ ambiente in cui sono nate. Cosa ci insegna questo? che anche la velocità di mutazione è un fenomeno automaticamente controllato dalla selezione naturale. Nei batteri questo avviene in modo particolarmente semplice. Nell’ evoluzione umana avviene in modo particolarmente efficiente grazie alle innovazioni (culturali) che ci aiutano a misurarci con i cambiamenti che si verificano intorno a noi. L’ evoluzione culturale è uno splendido strumento per far fronte all’ ignoto, ma ha i suoi limiti e i suoi pericoli, e anch’ essa comunque sottostà alle leggi dell’ evoluzione biologica, quindi alla selezione naturale. (10 - continua) LUCA E FRANCESCO CAVALLI-SFORZA

LA REPUBBLICA 04/09/2007