“Costruire la vita. Quattro miliardi di anni dai fossili al DNA” di Neil Shubin

Il fatto che ci troviamo su questo pianeta è un effetto del caso? Oppure, in qualche modo, la storia che ci portò fin qui fu inevitabile?
(Neil Shubin)
L’Universo in un granello di sabbia e il cielo in un fiore selvatico
(William Blake)
(…) della gradazione dei caratteri, spesso accompagnata da un cambiamento di funzioni (Charles Darwin)

Quando nel 1986, durante una serie di lezioni sui «grandi enigmi dell’evoluzione», vede proiettata una diapositiva in cui un pesce è collegato da una freccia a un «anfibio primitivo», il paleontologo specializzando Neil Shubin resta folgorato come da «un amore a prima vista». È l’innesco di una ricerca che lo porterà alla scoperta relativa al Tiktaalik roseae (l’inner fish, il «pesce che è in noi») e poi all’analisi di tutte le transizioni anatomo-morfologiche più sofisticate, in primis proprio quella dai pesci agli ominidi bipedi. Alla base di tale ricerca c’è un’illuminazione aforistica attinta da Lillian Hellman – «Ovviamente nulla comincia nel momento in cui pensi tu» –, ed elevata ad audace idea-guida: le innovazioni biologiche «non insorgono mai nel corso della grande transizione a cui sono associate», ma «hanno antecedenti nel tempo profondo», e soprattutto, non sono praticamente mai, salvo rare eccezioni, grandi rivoluzioni biologiche associate ad altrettanto grandi cambiamenti; ma il più delle volte riadattamenti di materiale esistente a nuove funzioni, già presente da tempo nella linea evolutiva degli organismi. Intrecciando piano storico e piano concettuale, l’Autore riconduce le più recenti stazioni di questa messa a fuoco (dove paleontologia e biologia evolutiva vengono integrate da genetica e biologia dello sviluppo) ai tanti pionieri misconosciuti, visionari ed eterodossi, che le hanno anticipate, e chiarisce tutti gli snodi dialettici – a partire da quello tra «gradualismo» e «saltazionismo» nell’evoluzione – soggiacenti alla fantasmagoria di «assemblaggi» richiesti agli organismi per adattarsi a ogni ambiente. E non cessa, in questo libro spiazzante e densissimo, di alimentare una domanda cruciale, che investe il rapporto tra caso e necessità nella «scultura dei viventi»: se cioè la nostra esistenza sulla Terra sia (anche) un effetto accidentale o solo l’esito di un percorso inevitabile.

Nel corso di miliardi di anni, antichi pesci si sono evoluti per camminare sulla terraferma, i rettili si sono trasformati in uccelli volanti e alcuni primati si sono evoluti in esseri umani che camminano su due piedi, parlano e scrivono. Per oltre un secolo, i paleontologi hanno viaggiato in tutto il mondo alla ricerca di fossili che mostrino come siano avvenuti tali cambiamenti.

Il momento attuale nella ricerca è straordinario: i fossili preistorici, uniti alle nuove tecnologie di analisi e lettura del DNA, ci hanno fornito gli strumenti per rispondere ad alcune delle domande fondamentali della nostra esistenza: come avvengono i grandi cambiamenti nell’evoluzione? La nostra presenza sulla Terra è frutto di un puro caso? Questa nuova scienza svela una storia evolutiva plurimiliardaria, costellata di colpi di scena, tentativi ed errori, incidenti e invenzioni.

L’Autore ci accompagna in un lungo viaggio di scoperta che abbraccia secoli, mentre esploratori e scienziati cercano di comprendere le origini dell’immensa diversità della vita.

La passione per questo tipo di approccio nasce nell’Autore con la lettura, ai tempi della sua specializzazione, negli anni 80, di alcuni articoli che descrivevano la scoperta di un DNA che partecipa alla costruzione del cropo degli animali, svelando l’esistenza di geni che, nelle mosce ad esempio, assemblano teste, ali e antenne. Già quel fatto da solo era straordinario, ma c’era dell’altro: alcune versioni di quegli stessi geni partecipavano anche alla costruzione del corpo di pesci, topi ed esseri umani! I barlumi di una nuova scienza: tale da poter spiegare sia l’assemblaggio degli animali durante lo sviluppo embrionale, sia il modo in cui essi sono evoluti nel corso di milioni di anni.

Il DNA consentiva di rispondere ad interrogativi un tempo territorio esclusivo dei paleontologi; la comprensione del DNA poteva portare al motore dei cambiamenti che l’Autore stesso cercava tra le antiche rocce.

La rivoluzione che ha portato con sé la possibilità di leggere il codice genetico, ricostruirne la storia, utilizzarlo come marcatore cronologico anche di eventi geologici lontanissimi nel tempo profondo, ha portato ad un punto di svolta. Rocce e fossili, quando affiancati dalla tecnologia del DNA, hanno il potere di sondare alcune delle classiche domande con cui si scontrarono Darwin e suoi contemporanei. I nuovi esperimenti rivelano una storia di miliardi di anni (alcuni post in tema di “origine della vita” sono disponibili qui) ricca di cooperazione, ridestinazione a nuove funzioni, competizione, furti e conflitti. E questo è solo ciò che accade all’interno del DNA. Mentre compie il suo lavoro in ciascuna cellula animale e vegetale, di generazione in generazione, il genoma – continuamente infettato dai virus e con le sue stesse parti in lotta tra loro – è in tumulto; il risultato di questo dinamismo è stato l’emergere di nuovi organi e tessuti, innovazioni biologiche che hanno cambiato il mondo.

Una volta emersa la vita, l’intero pianeta rimase per miliardi di anni in una sorta di zoo microbico. Poi, circa un miliardo di anni fa, microrganismi unicellulari diedero origine a creature dotate di un corpo pluricellulare; qualche altro centinaio di milioni di anni e originarono tutte le forme di vita: dalle meduse agli esseri umani.

Le grandi trasformazioni occorse nella storia evolutiva hanno introdotto modificazioni di vasta portata nella vita degli animali e nell’organizzazione del loro corpo. L’evoluzione dei pesci in creature che vivono sulla terraferma, l’origine degli uccelli e gli esordi degli stessi organismi pluricellulari a partire da cerature unicellulari: questo non è che un piccolo campione delle rivoluzioni verificatesi nella storia della vita. È la scienza che le indaga è piena di sorprese. Se pensate che le penne siano comparse per aiutare gli animali a volare, o i polmoni e le zampe per farli camminare sulla terraferma, sareste in ottima compagnia – ma anche del tutto fuori strada.

E questa scienza ha compiuto inoltre progressi tali da dimostrare che la nostra presenza, o quella di una qualsiasi organismo vivente, ha una storia che potrebbe non essere del tutto frutto del caso.

La storia della vita è stata un lungo viaggio, strano e meraviglioso, svoltosi per tentativi ed errori, caso e inevitabilità, digressioni, rivoluzioni e invenzioni. Quel percorso, e il mondo in cui siamo arrivati a riconoscerlo, è l’argomento di questo libro. Ma da un punto di vista inaspettato, del tutto nuovo e, per così dire, modernamente aggiornato.

Paragrafi estratti (quasi) a caso

Gli esseri viventi non ereditano dai propri antenati crani, colonne vertebrali o foglietti di cellule: ereditano invece i processi per costruirli. Proprio come una ricetta di famiglia tramandata e modificata a ogni generazione, l’informazione che serve a costruire il corpo degli organismi viene continuamente cambiata nel momento in cui, nel corso di milioni di anni, i progenitori la passano ai discendenti.

Una stringa di DNA lunga un metro e ottanta centimetri (tale è la lunghezza di un cromosoma umano completamente disteso) è avvolta fino a ridursi a dimensioni dell’ordine di grandezza del micrometro. Immaginatela aprirsi e richiudersi nel giro di microsecondi, contorcendosi e svolgendosi per attivare migliaia di geni a ogni secondo. Dall’istante del concepimento e poi per tutta la nostra vita adulta, i geni vengono attivati e disattivati in continuazione. Noi cominciamo come una singola cellula. Col passare del tempo le cellule si moltiplicano, mentre vengono attivate batterie di geni per controllarne il comportamento, così da formare i tessuti e gli organi del nostro corpo. Mentre leggete questo paragrafo, in tutti i nostri 4000 miliardi di cellule vi sono geni che vengono attivati. I cambiamenti che interessano questo sistema incredibilmente complesso e dinamico sono alla base dell’evoluzione di qualsiasi creatura presente sulla Terra.

Le grandi rivoluzioni nella storia della vita non implicano necessariamente l’invenzione di sana pianta di geni, organi e stili di vita nuovi. L’uso innovativo di antichi caratteri apre ai discendenti un mondo intero di possibilità.

Modificare, ridestinare o cooptare antichi geni funge da carburante per il cambiamento evolutivo. La creazione di nuovi organi non richiede ricette genetiche che compaiano dal nulla.

I cambiamenti che interessano il genoma possono dunque essere rapidi; cambiamenti genetici simili possono aver luogo in modo indipendente in creature diverse; e i genomi di specie diverse possono poi fondersi e unirsi, dando vita a nuove invenzioni biologiche (si veda per esempio questo post).

La storia della vita non è in tutto e per tutto un lancio di dadi basato su eventi casuali. I dadi sono truccati a seconda di come i geni e lo sviluppo embrionale assemblano i corpi, come pure in base ai vincoli fisici imposti dagli ambienti, e in base alla storia. A ogni generazione, gli organismi hanno ereditato ricette per costruire organi e interi corpi – ricette scritte nei geni, nelle cellule  negli embrioni. Questa eredità dialoga con il futuro giacché può rendere alcune vie di cambiamento più probabili di altre. Il passato, il presente e il futuro si fondono quindi nel corpo e nei geni di tutti gli esseri viventi.

Prendere a prestito tecnologie e invenzioni provenienti da altre specie, combinarle e ridestinarle a nuove funzioni: questo è stato il nostro passato per diversi miliardi di anni. E sarà anche parte del nostro futuro.

C’è qualcosa di sublime nell’idea che il nostro cervello cosciente abbia raggiunto ciò che cellule e genomi fanno per proprio conto da miliardi di anni. Una tecnologia inventata da particolari creature, i batteri, è stata prelevata, modificata e cooptata per modificarne altre. Il cervello che si è appropriato di queste invenzioni biologiche e le ha modificate è lui stesso in gran parte composto da proteine virali ridestinate, e ricava energia da strutture cellulari che un tempo erano batteri a vita libera. Combinazioni nuove possono cambiare il mondo.

Per un geologo una successione stratigrafica è un libro aperto sul passato. In basso le rocce più antiche con i loro organismi fossili precedenti, e in alto i più recenti, rocce e fossili. Da questa distanza c’è la tentazione di guardare a tali strati immaginando un’ordinata progressione di cambiamento evolutivo, meglio se da semplicità a complessità. Più globalmente, su questa scala, gli strati con i primi microbi stanno sotto rispetto a quelli con i primi animali; analogamente, i primi pesci sono sotto gli anfibi, i primi anfibi sotto i rettili, e così via.

Noi tendiamo a riempire le lacune nella nostra conoscenza con i nostri stessi preconcetti: di solito una qualche combinazione di speranza, aspettativa o paura. La nostra mente tende a unire i punti che rappresentano glie venti passati costruendo così una narrazione in cui un cambiamento porta al successivo in una sequenza lineare. Tutti noi abbiamo visto quelle vignette raffiguranti l’evoluzione umana come un corteo in cui si procede dalle scimmie antropomorfe e poi agli esseri umani (sullo stesso tema si veda anche questo post); da creature curve su quattro zampe a quelle che camminano su due. Una visione della storia umana profondamente radicata; e profondamente sbagliata. Quante volte avete sentito pronunciare il termine anello mancante, come se ci fosse una grande catena dell’evoluzione nella quale si passa inesorabilmente da un anello al successivo? O che gli anelli mancanti debbano somigliare a un’esatta fusione dei caratteri appartenenti agli antenati e ai discendenti?

Sbagliato.

Certo, nella documentazione fossile il primo pesce anticipa le creature che per prime vissero sulle terre emerse.  Ma più studiamo i fossili, gli embrioni e il DNA di specie diverse, più scopriamo che molti dei cambiamenti che consentirono agli animali di vivere sulla terraferma comparvero ben prima, quando i pesci vivevano ancora soltanto nell’acqua. Nella storia della vita ogni fondamentale rivoluzione seguì lo stesso percorso. Nulla ha mai inizio quando crediamo noi; e gli antecedenti appaiono prima, e in luoghi diversi, rispetto a quello che immaginiamo. E come Darwin ben sapeva, senza sapere nulla di geni e DNA, la storia della vita non sarebbe potuta andare in nessun altro modo.

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Nota: come spesso accade la traduzione del titolo originale, operazione spesso compiuta dall’editore, non rende del tutto giustizia al suo significato. Il titolo inglese è “Some assembly required. Decoding four  billion years of life, from ancient fossils to DNA”.