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Indice

Introduzione. La vita di una parola potente   5

1. Motori di stasi e di cambiamento

   La regolazione della stabilità genetica   13

   Spiegare la stabilità genetica            16
   La domanda di Schrödinger                 19
   Dettagli da sistemare                     22
   I limiti della stabilità genetica         27
   Evoluzione dell'evolutività.  La sfida
        della biologia molecolare
        al neodarwinismo                     31
   Che cos'è la vita?                        35

2. Il significato della funzione genica

   Che cosa fa un gene?                      37

   Una breve rassegna                        37
   Geni regolatori                           44
   Splicing e revisione del messaggio        47
   Regolazione della funzione proteica       52
   Un concetto malconcio                     53

3. Il concetto di programma genetico

   Ricetta per un organismo                  59

   Da «azione genica» ad «attivazione genica»60
   Il programma genetico                     64
   La logica sottostante al «programma
        genetico»                            66
   Imparare a «riprogrammare» i genomi
   degli organismi più complessi             69
   La visione odierna della genetica
        molecolare                           75

4. Limiti dell'analisi genetica

   Che cosa mantiene in carreggiata
        lo sviluppo?                         81

   Che cos'è un organismo?                   83
   Geni e ridondanza                         87
   Imparare dagli ingegneri                  90
   Nuove congiunzioni tra know-how
        ingegneristico e saggezza biologica  93
   Dove calcolatori e organismi divergono   101


Conclusione. A che cosa servono i geni?     105

Note                                        117
Bibliografia                                129
Ringraziamenti                              139
Indice dei nomi                             141

 

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Pagina 13

Se la rivoluzione mendeliana rappresenta il punto di svolta della biologia del XX secolo, la rivoluzione darwiniana rappresenta quello del XIX. Il regno degli organismi viventi non poteva più limitarsi a una grande «catena dell'essere»; esigeva una propria raffigurazione, che fosse più simile a un albero che a una catena. Il mondo del vivente rientrò in una temporalità i cui abitanti e la cui struttura relazionale vennero riconfigurati come prodotti della storia evolutiva. Dopo la pubblicazione nel 1859 dell' Origine delle specie, poche persone con una formazione scientifica credevano ancora nella fissità delle specie. Inoltre la teoria darwiniana dell'evoluzione offriva ai lettori un meccanismo per l'origine e per la trasformazione delle specie: la selezione naturale che agiva sulla variazione individuale. Tuttavia, nonostante la sua potenza, la teoria non chiariva un mistero fondamentale. Se il cambiamento è l'essenza della vita, come spiegare la notevole stabilità con la quale, in ogni generazione, gli organismi si sviluppano a somiglianza della propria specie, e questo per tutta la vita della specie?

Nella prospettiva del tempo geologico, le specie si trasformano ed evolvono. Ma in quella del tempo storico, mostrano un'innegabile costanza di forma e di funzione. E proprio sulla «stabilità del tipo» - per dirla con Francis Galton - attraverso le generazioni, la teoria di Darwin serbava il silenzio. Nonostante l'eloquenza con cui la selezione naturale rendeva conto dei cambiamenti di forma e funzione biologica avvenuti in milioni di anni e osservabili nei reperti geologici, non tentava neppure di far luce sulla riproducibilità di forma e funzione nell'arco più breve del tempo genealogico, né sulla persistenza di particolari caratteristiche individuali da una generazione all'altra, sull'impronta di famiglia che i genitori trasmettono ai figli.

Ovviamente Darwin non poteva conoscere la genetica: condivideva con i contemporanei una credenza nella «mescolanza dell'ereditarietà» - vale a dire che le caratteristiche della prole fossero in qualche modo un misto di quelle dei genitori -, ma questa non risolveva il problema che tormentava Schrödinger a proposito del plurisecolare labbro asburgico, «così durevole e dimostrando una stabilità che ha del miracoloso».

Il fatto è che le preoccupazioni di Darwin erano altre. Per tutta la vita si era concentrato sui meccanismi di trasformazione. Quelli di conservazione gli sfuggivano e addirittura non lo interessavano, e se riconosceva «la nostra profonda ignoranza delle leggi della variazione» e dedicava una grande attenzione ai modi in cui poteva prodursi quella necessaria alla selezione naturale, non lo preoccupò mai l'ignoranza speculare delle leggi di costanza.

Cercare queste leggi, e dare conto della stabilità attraverso le generazioni, fu quindi il compito degli eredi di Darwin. Il secolo del gene inizia proprio da lì, o più esattamente dal tentativo di capire la persistenza di caratteristiche individuali da generazione a generazione. Come qualunque impresa collettiva, la scienza della genetica è nata da bisogni e interessi molteplici, ben documentati dagli storici. Qui vorrei soffermarmi sulla particolare attrazione che la ricerca della costanza ha esercitato sulle origini del concetto di gene, una ricerca entrata prepotentemente nella storia della genetica prima ancora che la parola gene venisse coniata, insieme all'assunto secondo il quale sotto ogni caratteristica individuale si trova un'unità ereditaria talmente stabile da spiegare la regolarità della trasmissione di certe caratteristiche attraverso le generazioni.

Vorrei ora ripercorrere l'influenza di questo assunto sui genetisti della prima parte dei Novecento, la sua apparente verifica a metà dei secolo e il suo dissolvimento graduale nei decenni scorsi. Certamente la stabilità genetica rimane tuttora una proprietà notevole in tutti gli organismi conosciuti, ma la difficoltà sta nel capire come si mantenga, ed è ben più complicata di quanto si immaginasse. Inoltre, è indistricabilmente legata alla generazione della variabilità. Perciò vorrei anche ritornare sull'interesse di Darwin per la trasformazione e sulle sorprendenti sfide che la nuova ricerca sui meccanismi di conservazione pongono al quadro neodarwiniano e fin troppo semplice di un'evoluzione per opera cumulativa della selezione naturale su piccole mutazioni generate dal caso.

Infine una parola sulla relazione tra stabilità del «tipo», ovvero la stabilità con la quale gli organismi in ogni generazione si sviluppano e crescono a somiglianza della propria specie, e la stabilità delle caratteristiche individuali. A lungo si è ritenuto che i geni fossero capaci di spiegare tanto lo sviluppo delle caratteristiche individuali quanto quello di interi organismi, e quindi che la stabilità genetica bastasse a spiegare la stabilità dello sviluppo. Uso questo termine per riferirmi alla regolarità con la quale un organismo di una particolare specie passa dalla fecondazione alla maturità, una generazione dopo l'altra, producendo un fenotipo che è ben riconoscibile come caratteristico di un dato «tipo».

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Pagina 34

Inutile dire che le implicazioni di tutte queste scoperte devono essere ancora approfondite, ma se ne possono dedurre due lezioni plausibili, l'una sulla stabilità e l'altra sulla dinamica della trasformazione genetica e quindi del cambiamento evolutivo. Prese separatamente, ciascuna ribalta una delle grandi aspettative con le quali era iniziato il Novecento. Prese insieme, richiedono un cambiamento radicale della visione che collega genetica, sviluppo ed evoluzione. Partirò dalla questione della stabilità.

Ormai abbiamo abbandonato la speranza di trovare nella struttura molecolare del gene-particella una spiegazione adeguata della stabilità dell'organizzazione biologica nel corso delle generazioni. Abbiamo imparato che la stabilità genetica è essa stessa una conseguenza dell'organizzazione biologica e, sebbene possa essere una condizione della selezione naturale, i meccanismi che la garantiscono sono essi stessi un prodotto dell'evoluzione. Inoltre, sono meccanismi dinamici e non statici, e la spiegazione del modo in cui svolgono il loro compito va cercata nei sistemi complessi delle dinamiche cellulari, le quali sono al contempo un prodotto e una difesa dell'informazione genetica.

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Pagina 25

Dai tempi dell'uscita del libro, la doppia origine della vita è diventata più accettabile. Stando a questa ipotesi, dalle interazioni consentite dalla congiunzione dei due sottosistemi sarebbe emerso un meccanismo di ereditarietà capace di assicurare la presenza di un dato genotipo, su un arco di tempo sufficiente perché la selezione naturale potesse operare, e abbastanza flessibile da generare la variabilità su cui questa opera. Allora e soltanto allora sarebbe stato possibile evolvere i meccanismi così squisitamente creativi necessari per il codice genetico, per l'individualità, per la multicellularità o per la sessualità. Il resto, come si usa dire, è storia, una storia molto dinamica.

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Pagina 43

Tanta meravigliosa semplicità non poteva mancare di catturare l'immaginazione, e infatti la catturò. Il DNA era la molecola che racchiudeva i segreti della vita e ne eseguiva le istruzioni criptiche, era la ,cor «Master Molecule». Nella versione alla buona del «Dogma centrale» formulato da Francis Crick nel 1957, «il DNA fa l'RNA, l'RNA fa le proteine e le proteine fanno noi». Da allora l'immagine regnò suprema tra scienziati, studenti e lettori comuni, e ha figliato pletore di immagini collegate. Pensiamo al DNA della cellula come al programma genetico, alla lingua primigenia o, meglio ancora, al libro della vita, metafora questa prevalsa nei media sin dall'inizio del Progetto genoma umano.

Eppure nell'attimo stesso dell'apoteosi quell'immagine così soddisfacente mostrava già alcuni difetti. A lungo sembrarono minuscole rughe, quasi impercettibili in mezzo a tanto splendore. Negli ultimi vent'anni e in particolare dall'inizio della genomica, alcune di quelle rughe si sono trasformate in voragini; oggi ogni biologo molecolare sa che i segreti della vita sono ben più complicati e confusi di come sembravano negli anni Sessanta e Settanta. Vediamo ora alcune delle complicazioni che tormentavano la biologia molecolare prima ancora della genomica e del passaggio agli organismi superiori, prima ancora che si cominciasse a decifrare il codice. E vediamo come non abbiano smesso di proliferare.

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