De Duve Christian, “Come
evolve la vita”
Le connessioni nervose del cervello
si formano in modo epigenetico
Si
stima che il cervello contenga circa cento miliardi di neuroni, ciascuno
dei quali è collegato ad altri neuroni da una media di diecimila sinapsi:
in totale, si tratta di un milione di miliardi di connessioni interneuronali.
Devono formarsi epigeneticamente, cioè tramite un processo sovrapposto
che si verifica durante lo sviluppo. I geni forniscono solo una struttura
generale, che tratteggia i caratteri principali della struttura cerebrale
tipica della specie. Tutti i dettagli delle connessioni interneuronali
si creano, nei limiti di questa struttura, per influenza di stimoli,
provenienti sia dal proprio corpo sia dal mondo esterno, che raggiungono
il cervello.
I
meccanismi coinvolti in queste connessioni nervose sono stati analizzati
dal neurobiologo francese Jean-Pierre Changeux e dall’americano Gerald
Edelman. I neuroni in crescita creano di continuo connessioni temporanee
reciproche in modo essenzialmente casuale; tali connessioni vengono
quindi rapidamente distrutte, a meno che qualche influsso esterno non
ne determini l’utilizzo, nel qual caso si stabilizzano. All’inizio,
la rete neuronale viene strutturata in questo modo dal suo stesso uso,
e continua così per tutta la vita tramite l’apprendimento. In questo
meccanismo dobbiamo sottolineare due aspetti importanti.
Il primo è la sua analogia con il meccanismo che sta alla base della
selezione darwiniana. Il caso crea una notevole varietà di connessioni,
fra le quali vengono selezionate, per influenza di fattori ambientali,
quelle che sono conservate e amplificate. Da ciò il nome di” darwinismo
neurale” attribuito da Edelman a questo meccanismo. Darwin viene anche
citato in questa frase di Changeux: “Il darwinismo delle sinapsi sostituisce
il darwinismo dei geni”.
Un
secondo importante aspetto di questo meccanismo è che esso mette in
luce il ruolo fondamentale della comunicazione nello sviluppo psichico
dei bambino. Il modo in cui trattiamo i nostri figli dal giorno della
loro nascita in poi, forse anche da prima, modella letteralmente il
loro cervello e, dunque, la loro personalità. Tutti i futuri genitori
dovrebbero capire bene questa lezione e trarne le necessarie conclusioni.
Se desiderano che i loro figli sviluppino una ricca rete neuronale,
indispensabile per una personalità ben risolta, devono parlare con loro
fin dal primo giorno, far loro ascoltare musica, cantare per loro, amarli
e accarezzarli, attrarre la loro attenzione visiva, dar loro giocattoli
di varie forme e colori: in sintesi, fornire ai piccoli un’ampia gamma
di stimoli sensoriali grazie ai quali essi saranno in grado di costruire
gli innumerevoli circuiti neuronali che sottendono il fiorire della
vita mentale. Per iniziare a comunicare con lui non si dovrebbe attendere,
come spesso si faceva in passato, il momento in cui il bambino riesce
a comprendere il linguaggio: anche se non capisce, lui registra. Questo
è ciò che davvero conta.
De Duve Christian,
“Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore, pag. 282
LA MISTERIOSA NATURA
DELLA COSCIENZA
Per
la maggior parte di noi, la coscienza è una realtà evidente. È qualcosa
che funziona nel nostro cervello e ci consente di pensare, di provare
emozioni, di prendere decisioni, di parlare e agire di conseguenza.
E al centro delle nostre più profonde emozioni personali, come depositaria
da cui dipende il nostro destino. Sta alla base della moralità e del
sotteso concetto di responsabilità personale. Oggi, questa intuizione
viene contestata sempre più spesso da numerosi neurobiologi e filosofi
che la considerano un’illusione, un inganno da parte della selezione
naturale, l’espressione di una concezione che viene chiamata in modo
derisorio “psicologia popolare”, una cosa tanto lontana dalla realtà
quanto la “fisica popolare” lo è dalla meccanica quantistica. Per molti
dei maggiori esperti del nostro tempo, sono i neuroni cerebrali a svolgere
tutto il lavoro, e non fa differenza se la coscienza accompagni o meno
le loro attività.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 284
La coscienza è semplicemente
un epifenomeno a senso unico?
Potete
avere la sensazione di essere al comando della vostra nave e di essere
responsabili della sua rotta: ma, come ora sappiamo, si tratta di un’illusione.
Quando, al termine di riflessioni talvolta tormentate, vi decidete infine
a dire “credo”, “amo”, o “voglio”, o decidete di compiere un gesto o
un’azione, ciò che chiamate il vostro “io” non ha niente a che fare
con tutto questo. Non è altro che uno spettatore, un pupazzo investito
per sbaglio da un senso di importanza, forse anche un semplice fantasma,
mentre, di fatto, sono i vostri neuroni a dirigere il gioco. Gli strenui
difensori di questa teoria arrivano addirittura ad affermare che la
coscienza stessa sia un’illusione, che sia priva di esistenza reale.
Un’implicazione
importante della teoria epifenomeno-illusione è che non esiste il libero
arbitrio. I difensori di questa tesi comprendono come la loro affermazione
mini le basi stesse della responsabilità morale, che rappresenta una
pietra miliare della civiltà umana, ma sostengono che il fatto che si
apprezzi o meno il libero arbitrio non fa nessuna differenza sul piano
pratico. Ciò che conta sono i comportamenti e le connessioni neuronali
interne costruite attorno all’illusione del libero arbitrio. Considerata
un’ineludibile conseguenza del determinismo derivante dalla relazione
cervello-mente, oggi quest’idea è accettata, sebbene malvolentieri,
da numerosi scienziati e filosofi. E stata anche allegramente chiamata
da qualcuno “liberatoria”. Per usare le parole di Susan Blackmore, citata
nel capitolo precedente, “non c’è alcun contenuto di verità nell’idea
di un sé interiore che sia cosciente e si trovi dentro al mio corpo
impegnato a controllano. Giacché tutto questo è falso, è falsa anche
l’idea del mio sé cosciente dotato di libero arbitrio”) E conclude:
“È in questo senso che possiamo davvero essere liberi”.’ Numerosi altri
esperti hanno espresso, in un modo o nell’altro, la stessa opinione,
concludendo che, essendo questa la verità, non abbiamo altra scelta
— fra l’altro, a chi è negata la scelta? — che accettarla e agire
di conseguenza.
Sembra
quindi ragionevole iniziare con l’assunto — la maggior parte delle persone
parla di convinzione — che la coscienza sia qualcosa di reale. Noi siamo
esseri coscienti. L’intera ricchezza della nostra vita interiore è legata
a questa facoltà, da cui dipende la nostra capacità di ragionare, creare,
gioire, soffrire, amare, come pure il potere che abbiamo di agire in
accordo con queste percezioni. Per quanto illusorie possano essere tali
abilità e poteri, il fatto che noi ne siamo consapevoli non è un’illusione.
La questione centrale non è se esista o meno la coscienza, ma che cosa
essa faccia. Per dirla più chiaramente, ciò che vogliamo sapere è se
la coscienza sia puramente passiva o se possa avere un ruolo
attivo.
In
generale, i neurobiologi, insieme a pochi filosofi “materialisti”, tendono
a sostenere la teoria di cui sopra sulla base di ciò che conoscono del
funzionamento del cervello. Ciò che essi vedono, infatti, non è altro
che un “ammasso di neuroni” capaci di interagire mediante svariati segnali
fisici e chimici nonché di compiere meravigliose imprese di integrazione
e coordinazione, molto spesso senza che noi neppure ce ne accorgiamo.
Prendete, per esempio, il sistema cardiovascolare. In ogni istante il
cervello e i centri nervosi a esso associati sono sommersi da messaggi
provenienti da tutto il corpo, che possono ordinare variazioni come
“pompate più sangue”, “manca ossigeno”, “la pressione ha raggiunto un
valore critico”, e simili. I messaggi vengono decodificati e selezionati,
dopo di che vengono inviate risposte appropriate, che dicono al cuore
di battere più veloce o più lento, o ai vasi sanguigni di dilatarsi
o contrarsi. Tutte queste complesse azioni reciproche non vengono mai
tradotte in parole o svelate alla nostra coscienza. Tutto si svolge
automaticamente grazie a circuiti interni: in modo analogo, sebbene
si tratti di un processo assai più complesso, a un termostato che regoli
l’emissione di calore da parte di una caldaia in relazione alla temperatura
di una casa.
Anche
nel caso in cui sia coinvolta la coscienza, il cervello può portare
a termine una considerevole quantità di processi inconsci prima di inviare
le informazioni alla coscienza. Nel processo visivo, per esempio, più
di trenta canali separati registrano aspetti diversi dell’immagine proiettata
sulla retina: profili, movimenti, colori, ombre, e così via. Tutti questi
messaggi vengono integrati in un’immagine coerente attraverso un processo
di legame che viene portato a termine in modo del tutto inconscio.
Questo processo, che all’inizio è stato paragonato al fenomeno fisico
della risonanza, sembra essere correlato a una sincronizzazione dei
diversi impulsi, che portano a una caratteristica oscillazione che va
da 35 a
75 hertz, che Crick e il suo collaboratore Christof Koch ritengono
essere la base della coscienza. Il risultato finale di questo processo
complicato è l’immagine che noi “vediamo”.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 287
La
coscienza: una presenza inseparabile e concomitante di certe attività
neuronali che si verificano nella corteccia cerebrale
Anche
i nostri ragionamenti possono dipendere in gran parte da operazioni
inconsce, attraverso cui vengono selezionati, combinati, confrontati,
pesati e altrimenti processati i fenomeni neuronali che stanno alla
base dei concetti, prima che il risultato venga consegnato alla coscienza
per formare ciò che noi percepiamo come la sostanza dei nostri pensieri.
Qualcuno
ha obiettato che una coscienza puramente passiva non può avere alcuna
funzione utile e, quindi, alcun valore selettivo. Ma quest’affermazione
non è convincente. Immaginiamo che la coscienza fosse proprio una presenza
inseparabile e concomitante di certe attività neuronali che si verificano
nella corteccia cerebrale, una sorta di “bagliore o mormorio”, per così
dire, che risultava sempre presente assieme a quelle attività. Il fatto
che sia stata selezionata in quanto tale non richiederebbe allora alcuna
spiegazione. L’utilità delle attività che generano la coscienza è sufficiente.
Un’ulteriore
difficoltà deriva dal fatto che la coscienza non può essere spiegata
in termini fisici noti. E’ un’esperienza interiore, inaccessibile alle
ricerche esterne. La coscienza non può essere registrata. Tutto quello
che si può fare è registrare le manifestazioni elettrofisiologiche e
biochimiche sottostanti, osservare i comportamenti a esse associati
e cercare di stabilire correlazioni fra quelle manifestazioni, i comportamenti
e i fenomeni coscienti. Anche questo richiede la partecipazione di individui
che si sottopongano agli esperimenti e ci informino su ciò che accade
nelle loro menti. Tutto ciò che possiamo sapere sulle menti degli altri
lo apprendiamo dalle loro parole e per analogia con la nostra esperienza
personale.
Un
faro che può fungere da guida nella nebbia delle teorie e delle speculazioni
è che la coscienza permette l’accesso a nozioni astratte, come
verità e falsità, bellezza e bruttezza, bontà e cattiveria, comprensione
e mistero, e che ci consente di comunicare agli altri, attraverso il
linguaggio e la creazione artistica, la nostra personale concezione
di queste nozioni.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 288
Il dualismo è intuitivamente
soddisfacente ma logicamente indifendibile
Istintivamente,
siamo tutti dualisti: parliamo e agiamo come persone, come proprietari
di una macchina che chiamiamo il nostro corpo e sulla quale crediamo
di esercitare un’autorità. L’intera nostra vita affettiva e morale è
pervasa da questo dualismo, come quando ci lamentiamo che il nostro
corpo ci ha tradito, ci pentiamo di aver ceduto alle sue debolezze o,
viceversa, esultiamo per la nostra capacità di dominarle. Ma, attenzione:
questo sentimento, come abbiamo appena visto, può essere soltanto un’illusione,
un trucco messo in atto dai nostri neuroni con la complicità della selezione
naturale.
Per ciò che riguarda questa teoria, vorrei sottolineare quello che sembra
un intrinseco difetto logico del dualismo cartesiano. Se la materia
e lo spirito sono entità di natura davvero diversa, ci si domanda spontaneamente
in che modo possano interagire. Ciò richiede necessariamente la partecipazione
di una forma ibrida — una connessione materia-spirito — che condivida
le proprietà di entrambe le entità. Ma se fosse davvero così, la materia
e lo spirito si unirebbero a formare un’entità singola. Non può
esserci una vera dicotomia fra i due, di conseguenza il dualismo intransigente
non resiste all’analisi logica. A ben vedere, ciò che si cela dietro
al dualismo è una definizione preconcetta di materia. Anche oggi, sebbene
il dualismo sia ampiamente rifiutato, l’influenza di questa dottrina
continua a resistere nell’idea che la maggior parte delle persone ha
della materia.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 291
Dobbiamo ridefinire la materia
In
accordo con una definizione che risale ad Aristotele, ma che rappresenta
la pietra miliare del dualismo cartesiano, noi chiamiamo materia ciò
che è inerte, solido e ciecamente soggetto alle forze fisiche, mentre
chiamiamo con un nome diverso qualunque cosa non rientri in questa definizione.
La
scienza attuale ha cominciato a considerare anche la vita una manifestazione
della materia. Questo fatto non è stato riconosciuto facilmente, ed
è tutt’ora difficile da accettare per l’individuo medio, poiché richiede
un ampliamento della nostra visione a priori della materia come
di qualcosa di grossolano, inerte e bruto, e della vita come materia
“animata”.
Ci rimane la mente, ultimo bastione dell’animismo.
Abbiamo visto che questo baluardo viene indebolito sempre più dalle
nuove scoperte della neurobiologia.
Sta crescendo un movimento in favore di una concezione monistica
(dal greco monos, “unico”) che tende a riportare la mente
nel dominio della materia. Più sconvolgente ancora del rifiuto del vitalismo,
questa concezione ci costringe ad ampliare di molto la nostra visione.
Dobbiamo allentare la morsa che l’intuizione dualistica, rinforzata
dalla selezione naturale, ha stretto attorno alla nostra definizione
di materia. La scienza odierna ci indica come farlo.
Prima
dell’invenzione degli strumenti scientifici, le nostre conoscenze della
materia si limitavano a ciò che viene percepito dai nostri organi di
senso, frutto di una lunga evoluzione nel corso della quale la selezione
naturale ha conservato solo ciò che si rivelava immediatamente utile
alla capacità di sopravvivere e di riprodursi. Ora sappiamo che l’immagine
del mondo offerta dai nostri organi di senso, che pure funziona perfettamente
nella vita di ogni giorno, ha poco a che fare con la realtà.
Ciò che ci sembra solido e impenetrabile è per lo più vuoto,
e al suo interno i nuclei atomici, che contengono più del 99,9% della
massa di ciascun oggetto, sono più distanti l’uno dall’altro, relativamente
parlando, di quanto lo siano i pianeti del Sistema solare) L’illusione
della solidità deriva dai campi di forza generati dalle sottili nubi
di elettroni che giacciono fra i nuclei. Questi ultimi non sono altro
che pacchetti enormemente concentrati di energia — secondo la celebre
equazione di Einstein, E=mc2 — il cui potere, rivelato
in modo drammatico nell’inferno di Hiroshima e di Nagasaki, si manifesta
oggi in maniera più pacifica nelle centrali nucleari.
Le
nostre altre percezioni riguardanti il mondo esterno sono altrettanto
ingannevoli. I nostri occhi percepiscono solo una frazione infinitesima
della radiazione emessa dalla materia. La nostra visione del mondo sarebbe
completamente diversa se fosse aperta per noi un’altra finestra nello
spettro delle radiazioni elettromagnetiche. Una simile selettività influenza
i suoni percepiti dalle nostre orecchie, e le sostanze chimiche percepite
dal nostro senso dell’olfatto.
Di conseguenza, la nostra definizione intuitiva di materia è completamente
distorta dai filtri che i nostri organi di senso interpongono fra un
oggetto e noi. Si tratta di una definizione essenzialmente pragmatica,
basata sul genere di informazioni che si sono rivelate più utili nella
ricerca del cibo, nella lotta contro i predatori e per il successo riproduttivo.
Come strumenti di conoscenza, queste informazioni sono quasi prive di
valore. Ci è voluta la lunga strada della ricerca scientifica per condurci
sempre più vicini alla realtà. Questa realtà si è dimostrata così strana
da precludere qualsiasi genere di rappresentazione mentale, se non per
mezzo di un formalismo matematico astruso e multidimensionale che è
inaccessibile alla maggior parte di noi e intraducibile, in termini
di ordinaria esperienza anche da coloro che lo comprendono.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 293
Il
monismo ridefinisce la materia come qualcosa che include lo “spirito”
E’
interessante scoprire come questa opinione sia stata difesa, con il
nome di “metarealismo”, anche da un eminente filosofo cattolico francese,
Jean Guitton, morto nel 1999. In un suo libro pubblicato
nel 1991, intitolato Dio e la scienza: verso il metarealismo, che
riporta le sue conversazioni con due fisici, i fratelli Igor e Grichka
Bogdanov, Guitton sostiene quanto segue: “Se lo spirito e la materia
hanno origine da uno spettro comune, diventa chiaro che il loro dualismo
è un’illusione dovuta al fatto che si considerano alternativamente ora
gli aspetti puramente meccanici della materia ora invece l’intangibile
qualità dello spirito”.’ In breve, “lo spirito e la materia formano
una sola e unica realtà”.’ Uscita dalla penna di un cattolico praticante,
considerato uno dei più illustri pensatori cristiani del nostro tempo,
una simile battuta è al tempo stesso sorprendente e rivelatrice.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 294
La mente controlla il potere?
Espressioni
come “potere della mente” o “forza di volontà” sono parte integrante
del linguaggio quotidiano. Eppure, hanno quasi assunto un significato
oltraggioso nella scienza; in gran parte, credo, perché evocano facilmente
gli spettri della telepatia, della percezione extrasensoriale, della
piegatura dei metalli con la forza del pensiero, e altre false asserzioni.
Nel caso in questione non stiamo parlando di fenomeni paranormali, ma
di fenomeni perfettamente normali in cerca di spiegazione. E ben diverso.
Secondo
me, dichiarare la coscienza una concomitanza irrilevante del funzionamento
polineuronale nella corteccia cerebrale, per non parlare della possibilità
di eliminarla completamente dalle nostre preoccupazioni per la sola
ragione che non la si può sottoporre a un’analisi oggettiva, non è un
atteggiamento intellettuale soddisfacente. Ignora, infatti, l’intera
gamma delle condizioni soggettive: le infinite sensazioni, i sentimenti,
gli stati d’animo, e le emozioni che colorano le nostre vite; i pensieri,
i ragionamenti, le speculazioni e le fantasie che attraversano le nostre
menti; la nostra capacità di focalizzare l’attenzione, di concentrarci
su un singolo argomento escludendo tutti gli altri. Trascura anche tutti
i prodotti e le conquiste delle nostre attività mentali; le innumerevoli
espressioni che si originano dalle nostre esperienze più profonde attraverso
la scienza, la filosofia, la poesia, la musica, le arti visive, la religione,
e altre forme di cultura; le tecnologie e gli strumenti sempre più efficaci,
fino ai sofisticati computer, alle navicelle interplanetarie, alle centrali
nucleari, alle biotecnologie e ad altri frutti dell’ingegno umano, sviluppato
con l’aiuto della conoscenza; tutti i contesti sociali riccamente sviluppati
che ora avvolgono l’intero pianeta, e che sono stati creati condividendo
esperienze con l’aiuto del linguaggio e di altri mezzi di comunicazione.
Infine, smentisce una nostra convinzione profondamente radicata che
ci fa ritenere di avere il controllo del nostro destino e la responsabilità
morale delle nostre azioni. Tali sacrifici, compiuti per il bene della
coerenza intellettuale e del benessere materiale, mi sembrano eccessivi
e ingiustificati.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 296
Un problema di trasduzione
Osservandolo
nell’ottica semplice, se non semplicistica, di un biochimico, mi sembra
si tratti di un problema di trasduzione. Da un lato, ci sono
i neuroni, che compiono le loro complesse funzioni per mezzo di meccanismi
che si spiegano in termini fisici e chimici noti, e che si aprono a
indagini e descrizioni scientifiche oggettive. Dall’altro lato,
ci sono le manifestazioni associate soggettive della coscienza,
di natura sconosciuta ma forse altrettanto spiegabili, che possono essere
scoperte solo per mezzo di introspezione e comunicazione interpersonali.
Unendo le attività neuronali con le esperienze coscienti si ottiene
una speciale disposizione a sei strati dei neuroni coinvolti — caratteristica
della corteccia cerebrale —che sembra essere lo specifico trasduttore
degli uni negli altri. I neuroni interconnessi fra loro svolgono ogni
sorta di attività nei nostri cervelli. Ma, per quanto ne so io, solo
quelli della corteccia cerebrale generano esperienze coscienti, presumibilmente
in virtù del particolare tipo di associazione che li unisce a formare
dei moduli, i quali, a loro volta, sono collegati in una rete dinamica
dalla topografia altamente specifica.
Nel
mondo biologico sono presenti numerosi trasduttori. Tanto per cominciare,
ci sono quelli che utilizzano l’energia metabolica per sintetizzare
ATP. Poi ci sono tutti gli altri, che, molto spesso tramite ATP ma talvolta
anche in modo diverso, convertono questa energia in altre forme di energia
chimica, come nelle biosintesi; o in trasporto attivo di molecole o
ioni, come nelle pompe e nei trasportatori di membrana; o in lavoro
meccanico come nelle microfibrille, nelle ciglia, e nei flagelli;” o
in luce, come nelle emissioni luminose delle lucciole; o in scariche
elettriche, come negli organi elettrici della torpedine. In tutti i
casi, una forma di energia è convertita in un ‘altra. Non
sembra azzardato supporre che, come accade con altri trasduttori biologici,
l’operazione eseguita dai trasduttori corticali coinvolga anche una
conversione d’energia. Anzi, sarebbe sorprendente il contrario, poiché
vorrebbe dire che si è generato qualcosa senza consumo di energia, il
che violerebbe le leggi della termodinamica.
Così,
risulta almeno plausibile che la coscienza rappresenti una sorta di
stato fisicamente energetico e che la particolare configurazione
dei neuroni nella corteccia cerebrale serva da generatore e da supporto
di quello stato. Se così fosse, che cosa accade dell’energia che viene
in tal modo impiegata? Potrebbe essere destinata semplicemente a dissiparsi
sotto forma di calore, ne1 qual caso la coscienza sarebbe
davvero un semplice epifenomeno. Ma potremmo anche prendere in considerazione
l’ipotesi che una parte maggiore o minore di energia venga restituita
— essendo il trasduttore reversibile — ai meccanismi neuronali
dai quali è emersa.
Se
desideriamo giustificare la nostra vita mentale e considerarla più che
un’illusione, dobbiamo fare un ulteriore passo in avanti. Dobbiamo supporre
che lo stato della coscienza possa, fra il carico e lo scarico di energia,
subire un riordinamento interno — la mente al lavoro? — con conseguente
modificazione del meccanismo neuronale da parte della coscienza.
Così, dovrebbe verificarsi una sorta di reciproco interscambio fra
i neuroni e la coscienza, nel corso del quale i nostri pensieri e sentimenti
verrebbero elaborati con l’aiuto dell’energia metabolica dei neuroni.
L’aspetto
fastidioso di questo tipo di modello è che implica l’esistenza di una
sorta di manifestazione fisica sconosciuta. Ma si tratta di un’idea
così condannabile? La verità è che noi non conosciamo la natura della
coscienza. Definirla fisica vuol dire soltanto seguire il principio
monistico che abbiamo considerato logicamente necessario. Considerarla
dipendente dall’energia è in accordo con i principi termodinamici e
più facilmente accettabile, almeno per me, dell’immagine di un’entità
che, in qualche modo, sfugge ai vincoli della termodinamica grazie alla
magia delle fluttuazioni quantistiche. La storia della fisica è ricca
di esempi in cui i progressi nella conoscenza hanno imposto concetti
del tutto nuovi. Basti pensare alla gravitazione, all’atomismo, all’elettromagnetismo,
al dualismo onda/corpuscolo, alla relatività, all’equivalenza di energia
e materia, alle particelle elementari e alle loro forze coesive, senza
contare entità esotiche come quark, muoni, bosoni, charm, e così via.
Forse i biologi, che sono riusciti a provare così bene l’inesistenza
di “qualcos’altro”, dovrebbero, come i fisici, avere anche l’audacia
di immaginare qualcosa che non sia incluso nelle proprietà conosciute
della materia. Tale audacia comunque, mi sembra più valida della tendenza
a relegare quel qualcosa nel regno dell’illusione semplicemente perché
non riusciamo a comprenderlo.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 299
UNA MAGICA CASSETTA DEGLI
ATTREZZI PER MODIFICARE IL DNA
I
prodotti di tali manipolazioni sono gli organismi geneticamente modificati
(OGM), chiamati anche transgenici.
Come
molti altri recenti sviluppi tecnici di fondamentale importanza, anche
l’ingegneria genetica è il risultato imprevisto della ricerca di base,
svolta al solo scopo di risolvere un problema posto dalla natura. Tutto
è cominciato all’inizio degli anni Sessanta del Novecento a Ginevra,
dove il giovane Arber, appena rientrato da un soggiorno presso alcuni
prestigiosi laboratori negli Stati Uniti, era rimasto affascinato da
alcuni aspetti atipici dell’interazione tra batteri e fagi (abbreviazione
di “batteriofagi”, virus che infettano batteri). Il fenomeno in questione,
chiamato restrizione-modificazione, era singolare, ma ben pochi
ricercatori se ne occupavano assiduamente. Quando si era manifestato,
aveva stuzzicato la curiosità di Arber, il quale ne aveva trovato la
spiegazione in pochi anni. Tralasciando i dettagli tecnici, tutto il
fenomeno si riduce al fatto che certi batteri si difendono contro le
infezioni dei fagi distruggendo il DNA degli invasori senza danneggiare
il proprio. Il loro trucco consiste nell’aggredire il DNA fagico mediante
un enzima che taglia le molecole in siti ben precisi, identificati da
una corta sequenza di basi, e nel proteggere il proprio modificando
chimicamente questi stessi siti (con l’aggiunta di gruppi metilici)
in modo da renderli resistenti al taglio enzimatico. In seguito, Nathans
e Smith hanno isolato e caratterizzato i primi enzimi in grado di tagliare
il DNA, noti come enzimi di restrizione, e ne hanno caratterizzato
le proprietà individuali.
Il
motivo per cui questo lavoro ha prodotto conseguenze così rivoluzionarie
è che gli enzimi di restrizione, dei quali conosciamo attualmente centinaia
di varietà distinte, ciascuna con una diversa specificità di taglio,
costituiscono uno straordinario set di strumenti genetici. Precedentemente,
le sole “forbici” disponibili per tagliare il DNA erano “analfabete”:
separavano le catene praticamente in ogni punto e le frammentavano,
come farebbe una grattugia, in una miriade di pezzi differenti con i
quali non si poteva fare nulla di utile. Gli enzimi di restrizione sono
forbici che “possono leggere”. Immaginate, per esempio, di sottoporre
il paragrafo precedente a speciali tipi di forbici che tagliano unicamente
la sequenza “zione” tra “zi” e “one”, o che tagliano “siti” tra “si”
e “ti”, e così via. Il primo tipo di enzima taglierà il paragrafo
in sette pezzi, sempre gli stessi per tutte le copie del libro. Il secondo
produrrà tre pezzi. Se il grado di specificità è più “stringente”, cioè
più selettivo, il numero di pezzi sarà inferiore. Per esempio, se il
primo paio di forbici riconosce “azione” invece di “zione”, si genereranno
cinque pezzi anziché sette. Notate inoltre che se le vostre forbici
riconoscessero i caratteri tondi, ma non quelli corsivi, potreste proteggere
il paragrafo semplicemente rendendo corsivi i siti sensibili. Ecco,
in senso figurato, come opera la modificazione.
Armati
di forbici simili, sareste in grado di identificare ogni libro della
vostra biblioteca senza leggerlo, semplicemente contando i diversi tipi
di pezzi e misurando le loro dimensioni: e chiaro che nessun altro libro
potrà dare lo stesso risultato. Un altro paio di forbici vi darebbe
un altro insieme di pezzi, anch’esso caratteristico per ciascun libro.
Si dà il caso che oggi esistano tecniche facilmente accessibili che
permettono di separare e misurare le dimensioni dei frammenti di DNA
in una singola operazione, trasformando in un gioco da ragazzi
la numerazione e la misurazione dei diversi frammenti ottenuti per l’azione
di un determinato enzima di restrizione su un dato campione di DNA.
Con questo semplice metodo, conosciuto come determinazione dei polimorfismi
di lunghezza dei frammenti di restrizione (restriction fragment length
polymorphism, RFLP), è possibile identificare con certezza quasi
assoluta il DNA.
Microbi
La
più semplice applicazione delle biotecnologie, ora soppiantata da un
processo enzimatico di copiatura, è il clonaggio di geni, vale a dire
la loro amplificazione. Come organismi riceventi si scelgono i batteri,
in virtù dell’elevata velocità con cui si replicano, e dopo aver inserito
il gene si permette loro di replicarsi: così facendo, moltiplicano contemporaneamente
i geni inseriti.
In
un’applicazione più complicata, si scelgono condizioni tali da permettere
che i geni introdotti vengano abbondantemente espressi nelle corrispondenti
proteine. Queste tecniche si applicano principalmente ai batteri, che
sono più facili da manipolare, ma talvolta si usano anche eucarioti
unicellulari come i lieviti, nel caso si vogliano sfruttare certi meccanismi
specifici come, per esempio, l’apparato secretorio. Gli organismi programmati
in questo modo diventano fabbriche per la produzione di proteine codificate
dai geni estranei inseriti. Parecchie proteine umane, inclusi l’insulina
e l’ormone della crescita, vengono ora prodotte industrialmente in tale
modo.
Piante
Per
modificare geneticamente le piante, la natura stessa ha fornito gli
strumenti necessari sotto forma di un batterio, l’Agrobacterium tumefaciens,
il cui nome significa, letteralmente, “microbo del terreno che causa
tumori”. Che è proprio ciò che fa questo germe: induce la gallosi
del colletto, chiamata anche cancro delle piante, cioè provoca la
crescita di un’escrescenza assai sgradevole che si può osservare su
molti alberi e altre specie vegetali. Questo microbo induce i tumori
introducendo nelle cellule vegetali la copia di una sequenza di DNA
presente su un plasmide molto grande (contenuto al suo interno), una
molecola di DNA extracromosomiale. Tale sequenza di DNA contiene i geni
che producono il cancro e si integra nel genoma della pianta permettendo
ai geni di manifestare la loro funzione. Grazie alle ricerche di due
scienziati belgi, Jeff Schell e Marc Van Montagu, i meccanismi che stanno
alla base di questo incredibile fenomeno sono stati svelati e trasformati
in una potente tecnologia. Il plasmide coinvolto nel processo e stato
privato dei geni chiave cui si deve l’induzione del cancro, ed è stato
ingegnerizzato in modo da trasportare geni estranei, che possono così
essere facilmente introdotti nei genomi delle piante utilizzando il
batterio come dispositivo di iniezione.
I prodotti di tali manipolazioni sono gli organismi geneticamente
modificati (OGM), chiamati anche transgenici.
De Duve Christian, “Come evolve la vita”, Raffaello Cortina Editore,
pag. 309
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