L'insetto più innocuo, onnipresente negli studi di laboratorio - il moscerino della frutta - è stato trasformato in esca velenosa grazie a poche, precise mutazioni del DNA operate con la tecnica CRISPR/Cas9: obiettivo centrato dello studio, pubblicato su Nature, era ricreare nelle drosofile le stesse alterazioni genetiche che permettono alle larve di farfalle monarca di nutrirsi di euforbia, una pianta che risulta tossica per la maggior parte degli altri animali.
Se non la mangia nessuno... Le farfalle monarca (Danaus plexippus), oggi minacciate di estinzione per via delle fluttuazioni climatiche, hanno storicamente goduto di una larga diffusione in Nord America grazie alla capacità di nutrirsi di euforbia senza morirne, e di sequestrare le sue tossine mantenendole nell'organismo anche durante la metamorfosi.
I bruchi e gli adulti di farfalla monarca sono perciò tossici per i potenziali predatori: rane e uccelli finiscono per vomitare, dopo essersene nutriti. Inoltre, la possibilità di mangiare una pianta indigesta per gran parte del mondo animale (a dosi elevate lo è anche per l'uomo) ha garantito alle farfalle cibo in abbondanza - finché i cambiamenti climatici non hanno iniziato a compromettere la diffusione della pianta.
Evoluzione in diretta. Comprendere l'origine di questo processo di adattamento "dal vivo" sarebbe stato impossibile, in tempi umanamente accettabili. Così Noah Whiteman, biologo evolutivo dell'Università della California Berkeley, ha pensato di ricorrere all'editing genetico. Insieme ai colleghi ha ingegnerizzato le drosofile fino a rendere le loro larve un migliaio di volte meno sensibili alle tossine di euforbia rispetto ai normali moscerini della frutta: è la prima volta che si riesce a ricostruire, in un organismo multicellulare, una serie di mutazioni evolutive che permettono un nuovo adattamento all'ambiente (nuova dieta e nuovo modo di allontanare i predatori).
Tre alterazioni, nell'ordine esatto.
Il risultato è stato raggiunto operando soltanto tre modifiche in un singolo gene. Tre sostituzioni di un singolo nucleotide (l'unità base di DNA e RNA) bastano a conferire alle drosofile la stessa resistenza al veleno vegetale delle farfalle monarca.
«La cosa più stupefacente - spiega Whiteman - è stata essere riusciti a testare ipotesi evolutive in un modo che non è mai stato possibile al di fuori delle linee cellulari. Senza l'abilità di creare mutazioni con la CRISPR sarebbe stato difficile arrivare a questa scoperta.»
Vari livelli di immunità. I ricercatori hanno inoltre dimostrato che altri 20 gruppi di insetti in parte immuni agli effetti tossici dell'euforbia e di altre piante velenose hanno evoluto in modo indipendente mutazioni in una, due o tre delle stesse posizioni del codice genetico.
Ogni alterazione conferisce un certo grado di resistenza alle tossine: la tolleranza al veleno raggiunge l'apice nelle farfalle monarca, che di fatto hanno anche la popolazione più numerosa rispetto agli altri insetti (falene, coleotteri, vespe, afidi) studiati.
I veleni dell'euforbia e di altre piante, della classe dei cardenolidi, interferiscono con la pompa sodio-potassio, il canale attivo della membrana cellulare essenziale per la trasmissione di impulsi elettrochimici tra le cellule. Negli animali dotati di cuore, il blocco di questo enzima si traduce in un arresto cardiaco.
Due delle tre mutazioni genetiche individuate fanno sì che, nelle farfalle monarca, le tossine non blocchino la pompa sodio-potassio. La terza è una mutazione compensatoria che riduce gli effetti collaterali della resistenza al veleno sul sistema nervoso: affinché gli insetti sopravvivano, è necessario che quest'ultima mutazione avvenga prima delle altre due.
Questa alterazione conferisce una debole resistenza al veleno, ma è sempre presente perché permette l'instaurarsi delle altre due e riduce il costo neurologico della tolleranza al veleno. Per questo è stata trovata in tutte le 21 specie studiate. Nella farfalla monarca, la presenza di tutte e tre le mutazioni nell'ordine esatto osservato permette la forma più perfetta di resistenza.
Strada obbligata. Se la mutazione in questione non fosse stata così indispensabile, forse gli insetti studiati avrebbero evoluto soluzioni diverse e alternative per far fronte alle tossine. «Questo - conclude Whiteman - ci aiuta a rispondere alla domanda: perché talvolta si arriva alla convergenza evolutiva, e talvolta invece no? Forse, perché dipende dai vincoli».
I principi della teoria dell’evoluzione scoperti da Charles Darwin sono chiari. Le specie viventi si modificano nel tempo, quando la selezione naturale agisce sulle popolazioni, costituite da individui tutti diversi. Le conseguenze di questa e altre teorie devono essere ancora comprese dalla società. Ecco perché abbiamo affrontato l'evoluzione al contrario, partendo da quello che non è (ma che tutti pensano che sia).
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È un processo con un fine?
No. Molti vedono l’evoluzione come una lunga strada che comincia nel lontano passato e ha un obiettivo preciso, cioè la nascita della nostra specie, o di altre specie più evolute. Ma il processo stesso, per come l’ha spiegato Charles Darwin e l’hanno approfondito gli evoluzionisti, si basa solo sul successo di comportamenti o altri adattamenti che permettono la sopravvivenza in un particolare ambiente, e solo in particolari momenti storici. Non ci sono quindi specie più evolute di altre o particolarmente “preferite” dalla selezione naturale. Che non può neppure funzionare prevedendo quello che potrebbe accadere nel futuro.
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L’evoluzione è solo una teoria?
SI e NO. L’evoluzione è un fatto, ma è anche una teoria scientifica: il significato del termine è però diverso da quello che in genere si intende. Una teoria, nel senso comune, è una speculazione senza troppo fondamento, spesso basata su prove campate per aria. Dal punto di vista della scienza, una teoria è invece una spiegazione completa e confermata di alcuni aspetti del mondo naturale, raggiunta con l’applicazione del metodo scientifico. Una teoria consente anche di spiegare aspetti sconosciuti della natura e nei limiti anche di predire il futuro. La teoria dell'evoluzione, oltre alla selezione naturale, comprende anche altri aspetti, come la selezione sessuale e la deriva genetica, che la completano.
È la legge del più forte?
NO. Si sente spesso dire che l’evoluzione giustifica l’aggressione e la sopraffazione perché è “la legge del più forte”. Il concetto è assolutamente estraneo alla scienza: i più “adatti” in una popolazione non sono i più forti fisicamente, o i più aggressivi, ma gli individui che si riproducono più e meglio. Per esempio i roditori o i lagomorfi, come lepri e conigli (nella foto), non si può dire che siano aggressivi, né più forti di un predatore. Eppure sono tra le specie di mammiferi più diffuse sulla Terra.
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È un fenomeno del passato?
NO. I biologi sono riusciti a studiare e descrivere molti esempi di cambiamento evolutivo nel momento in cui avviene. Per esempio i coniugi Grant, biologi evolutivi inglesi, hanno studiato una piccola popolazione di un uccellino che risiede su un’isola delle Galàpagos, e si sono accorti che, nei decenni, questa popolazione è mutata; un altro esempio molto noto è lo sviluppo della resistenza agli antibiotici nei batteri, che avviene costantemente e in tutto il mondo. Anche l’uomo, nonostante le affermazioni di alcuni biologi, non ha mai smesso di evolvere. L'evoluzione non è quindi limitata a esseri del passato come i dinosauri (nella foto).
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Esistono specie intermedie?
NO. Il concetto di specie intermedia, o anello di congiunzione, è scorretto, perché queste specie sarebbero a metà strada tra un passato imperfetto e un presente in cui l’evoluzione ha raggiunto la perfezione. Inoltre, l'idea degli anelli di congiunzione, come l'Homo naledi (nella foto), farebbe supporre la presenza di una lunga catena o una scala di forme viventi che vanno dai meno perfetti ai più perfetti; ora sappiamo che le specie formano un complesso e intricato cespuglio, senza una linea precisa che va dal passato al presente. Vedi anche: L'evoluzione dell'uomo in 90 secondi
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Ci sono "fossili viventi"?
NO. È solamente un "modo di dire": anche se molte forme di vita, sia animali sia vegetali, sono simili a quelle del passato, ciò non significa che siano rimaste immutate per milioni di anni, come se per loro l'evoluzione non fosse mai neppure iniziata. Un esempio noto è quello del celacanto (nella foto), un pesce le cui forme più simili risalgono a circa 400 milioni di anni fa: ma la somiglianza con il passato è solo superficiale, e queste specie erano molto diverse da quelle di oggi.
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Si affida solo al caso?
NO. L'intero processo dell'evoluzione per selezione naturale comprende almeno due passaggi fondamentali: il primo è la generazione di variabilità attraverso le mutazioni o altre modifiche del genoma (il DNA di un individuo). Il secondo è la selezione naturale vera e propria, che elimina gli individui che non riescono a riprodursi in quel determinato ambiente. Le mutazioni, insieme a ricombinazione e immigrazioni da altri luoghi, possono essere considerate generate a caso. Ma la selezione naturale è un processo perfettamente deterministico, molto lontano dalla scelta casuale.
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È sempre progresso?
NO. Si pensa che le specie del passato fossero meno evolute di quelle odierne, meno perfette e adattate all'ambiente. Invece, poiché l'evoluzione seleziona solo gli individui che riescono a sopravvivere in un momento e un luogo preciso, nel passato vivevano specie che non erano né migliori né peggiori di quelle di oggi, ma solo diverse. Insieme all'aumento di complessità ci sono molti esempi di diminuzione della complessità stessa, come quelli che coinvolgono per esempio i parassiti (nella foto, un nematode parassita), che hanno struttura e metabolismo molto semplificati.
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È una teoria sull'origine dell'universo e della vita?
NO. L'evoluzione descrive e spiega solo quello che è accaduto, accade e accadrà alle specie viventi. I processi chimici e fisici che hanno portato alle prime forme di vita, così come il Big Bang e molti altri fenomeni fisici non hanno niente a che fare con l'evoluzione per selezione naturale. L'evoluzione è "entrata in azione" solo nel momento in cui sono esistite cellule, anche molto semplici, che si sono riprodotte.
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È un guida per il comportamento?
No. L'evoluzione non detta le linee guida per i comportamenti umani. Questi ultimi, a nostro parere, si fondano su altre basi: la socialità, le convenzioni, la morale, la cultura che cambiano nel tempo e da popolo a popolo. Non ha nulla a che fare con lo schiavismo o il razzismo, che sono comportamenti umani, né con pseudoscienze come la fisiognomica, che a fine '800 pretendeva di associare i caratteri fisici ai comportamenti. Nella foto, il dittatore Franco parla con Hitler (di spalle).
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