Complessità ed evoluzione: la strategia del "bricolage"
In questo e nei successivi paragrafi vorremmo argomentare che la complessità
dei sistemi biologici sembri essere del tutto sui generis e necessiti, per essere intesa e
apprezzata, di una prospettiva storica ovvero evolutiva. I viventi sono "macchine"
complesse costituite da migliaia di elementi interagenti (cellule) a loro volta costituiti
da proteine e da altri composti quali lipidi e glicidi. In particolare le proteine sono a
loro volta codificate da geni che si trovano nel DNA. Il dato più importante e
sconvolgente che emerge dai dati riguardanti l'intera sequenza genomica di organismi
apparentemente cosi' diversi, quali il nematode Caenorhabditis elegans (un
millimetro di lunghezza, poco più di 1.000 cellule, 20 giorni di vita, circa 19.000
geni), il moscerino Drosophila melanogaster (organismo interamente post-mitotico,
30 giorni di vita, circa 18.000 geni), il topo Mus musculus (un mammifero di 20
grammi di peso, lunghezza massima di vita 2 o 3 anni) e l'Homo sapiens (lunghezza
massima di vita oltre 120 anni, costituito da centinaia di miliardi di cellule, circa
35.000-60.000 geni ) c'è una sostanziale "somiglianza" a livello genetico.
Infatti, la maggior parte dei geni presenti nell'uomo ha un omologo
corrispondente non solo nel topo, un mammifero evolutivamente "vicino", ma anche
nella D. melanogaster e nel C. elegans, due invertebrati evolutivamente
apparentemente lontani. La differenza nel numero assoluto dei geni tra l'uomo da una
parte e il verme C. elegans dall’altra non è poi cosi' grande come ci si sarebbe
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potuto attendere ed è ancora minore se si considera che i singoli specifici geni di
questi due organismi sono largamente simili ("omologhi") e che di molti geni sia il C.
elegans che l'uomo hanno più copie diverse con piccole differenze tra loro. A questo
riguardo è stato dimostrato che determinati geni umani immessi (il termine tecnico è
transfettati ) nel genoma del C. elegans sono perfettamente funzionanti e capaci di
vicariare le funzioni degli omologhi geni dei vermi sperimentalmente inattivati.
Uno studio recente ha utilizzato le più avanzate tecniche bioinformatiche ed i
dati disponibili sulle più aggiornate banche dati per rispondere alla seguente
domanda: quanto sono simili i funghi e gli umani dal punto di vista genetico? Per
capire la portata di questa domanda ed il significato della risposta che è emersa si
deve ricordare come gli studi di genetica che hanno utilizzato i sopramenzionati
sistemi-modello hanno contribuito grandemente alla nostra comprensione del
funzionamento dei geni umani. Tra questi sistemi i lieviti ed altri membri del regno
dei funghi, sono stati tra quelli più utilizzati, essendo tra gli eucarioti più semplici,
riproducendosi in tempi molto rapidi ed in terreni di coltura estremamente poveri. Lo
studio ha confrontato il genoma umano con quello del Saccharomyces cerevisiae
(uno dei lieviti più studiati) e di altri membri del regno fungino, quali
Schizosaccharomyces pombe, Candida albicans, Neurospora crassa e Cryptococcus
neoformans, e ha valutato successivamente la similarità della proteomica fungina con
quella umana. Facendo alcune assunzioni statistiche che sarebbe troppo lungo
descrivere qui, si è così potuto evidenziare che il 25,6% delle proteine umane hanno
una controparte nel solo S. cerevisiae e che questa percentuale sale fino ad oltre il
50% se si considerano gli altri quattro sopramenzionati membri del regno dei funghi.
Si tratta di dati straordinari se si considera la distanza evolutiva tra uomo e funghi.
La logica architettonica che ne emerge è dunque la seguente: l'evoluzione è
fondamentalmente conservazione, ed una volta che nel corso dell'evoluzione si sia
arrivati a costruire un gene, ed una relativa proteina, strutturalmente adeguati e
funzionanti, essi sono stati conservati lungo tutto l'arco evolutivo, facendone
eventualmente di ciascuno di essi piu' varianti diverse.
Se dunque due organismi quali il verme C. elegans e l' uomo, che hanno
prestazioni e sono capaci di performance cosi' diverse per quanto riguarda
complessità degli organi, lunghezza della vita, comportamenti etc., sono costituiti da
proteine largamente omologhe codificate da geni altrettanto omologhi, dove sta il
"trucco" per capire la loro differenza? Il trucco sembra che vada ricercato in una
strategia combinatoria ("bricolage") che si basa sull' acquisizione nel corso dell'
evoluzione di modalita' di assemblaggio e di regolazione che consentano la
costruzione di macchine estremamente complesse, utilizzando gli stessi elementi ma
combinandoli secondo regole progressivamente piu' complicate e creando
sottosistemi funzionali sempre più connessi tra loro.
La "complessizzazione" delle regole nel corso dell' evoluzione è di fatto uno
degli argomenti meno conosciuti e sul quale si sta appuntando l' attenzione dei
ricercatori. Ancora una volta sembra che valga anche a questo livello una logica
combinatoria, in cui regole elementari vengono assemblate per costituire circuiti di
regolazione più complessi. Tanto per dare una idea delle conseguenze di questo
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scenario per la bio-medicina, vi ricordo che si fanno oggi esperimenti in cui Dal
punto di vista teorico è presumibile che possa succedere anche l'inverso, ma
ovviamente nessuno pensa di transfettare geni di verme nell' uomo.
[Modificato da Credente 10/05/2010 22:56]