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La colonizzazione aborigena dell’Australia e il nomadismo sedentario

Una delle questioni più dibattute riguardo la diffusione di Homo sapiens sulla terra riguarda l’Australia: quando e come ci sono arrivati i nostri antenati? Come è stata colonizzata?

Ieri, su Nature, è stato pubblicato uno studio molto interessante che, tramite combinazione di dati archeologici e DNA mitocondriale, ricostruisce proprio questa straordinaria storia dell’uomo.

Okay, prima di tutto, che roba è il DNA mitocondriale? In (quasi) tutte le vostre cellule, oltre al nucleo cellulare con il vostro DNA, ci sono i mitocondri, degli organellini fagiolosi che la cellula usa per “produrre energia”. Questo organello ha il suo genoma personale nel suo DNA personale, che codifica per una manciata dei suoi geni (alcuni sono nel nostro genoma). Siccome il DNA mitocondriale viene passato solo da madre a figlio (perché nello zigote ci sono i mitocondri che c’erano nella cellula uovo, ma lo spermatozoo vomita dentro l’uovo il DNA e quasi null’altro), si può usare il DNA mitocondriale per tracciare le genealogie su archi di tempo enormi.

Un fagioloso mitocondrio al microscopio elettronico. I pallini neri sono oro legato al DNA del mitocondrio. Puccioso! Di Francisco J Iborra1 , Hiroshi Kimura2 and Peter R Cook – The functional organization of mitochondrial genomes in human cells, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9085139

Ad esempio, si può andare in giro per le comunità aborigene dell’Australia, convincerle a farsi fare un prelievo di sangue, e analizzare quando hanno un antenato in comune, e da quali gruppi sono discesi gli altri. Mettendo insieme questi dati genetici, che dicono che l’ultima antenata femmina da cui discendono tutti gli aborigeni australiani è vissuta circa 47 mila anni fa, e le datazioni dei più antichi reperti archeologici australiani, salta fuori che l’Australia è stata colonizata per la prima volta da un singolo gruppo di persone circa 50 mila anni fa. Che di per sé, è abbastanza figo.

In realtà, è più complicato di un semplice prelievo di sangue. Perché, da bravi stronzi, quando sono arrivati gli europei,  le popolazioni di Aborigeni sono state costrette a trasferirsi, bimbi praticamente rapiti e mischiati tra loro in scuole di stato, e altre cose carine del genere. Gli aborigeni le chiamano “Stolen Generations”, le generazioni rubate. Fortunatamente, grazie al lavoro di gente come Norman Tindale, qui in una foto del 27 con un gruppo di aborigeni, che andava in giro a intervistare per studi antropologiche tribù varie e teneva campioni di capelli di chi intervistava, abbiamo potuto recuperare la distribuzione più o meno originale di chi ha lo stesso mtDNA. Photocredits: Herbert Hale, South Australian Museum Archive Collection

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Piante carnivore e convergenza evolutiva

Cephalotus follicularis è una pucciosissima piantina carnivora dell’Australia. É una cugina abbastanza lontana di altri generi di piante carnivore, e ha la peculiarità di produrre sia foglioline normali noiose e fototosintetiche, sia l’ascidio, quella caraffa piena di morte dove vengono intrappolati e lentamente digeriti gli insetti per prendere il loro preziosissimo azoto.

Uno stile di vita carnivoro si è evoluto indipendentemente in famiglie di pianti differenti, anche poco imparentate. Le somiglianze tra piante carnivore sono il risultato di convergenza evolutiva, non di eredità comune: non c’è stato un antenato comune che si è evoluto per digerire con insetti, ma diversi generi di pianta sono arrivati per vie diverse a questo stile di vita, che richiede queste forme simili.

CEphalotus follicularis e il filogramma delle principali piante carnivore con ascidio

Photocredits: immagine 2a dal paper in bibliografia e fotografia di Dom1234 via DeviantArt

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Giocando a carte con la Regina Rossa

Per il Darwin Day 2017, il Museo di Civico di Storia Naturale di Milano ha deciso, visto il successo delle collaborazioni negli anni precedenti, di affidare uno dei laboratori a Italia Unita X la Scienza. Fin qui, tutto bene. Se non fosse che IUXS ha poi deciso di affidare quei poveri liceali al sottoscritto.
Questa è una spiegazione espansiva del razionale e delle regole del “gioco educativo” del laboratorio, che è largamente basato su questa pubblicazione.

Giocando a carte con la Regina Rossa

Ci sono, francamente, un botto di cose sbagliate in come la maggior parte dei libri di testo per i licei trattano la teoria dell’evoluzione, e come generalmente viene insegnata. Al di là del solito “troppo poco” che tutti gli specialisti reclamano per la propria materia (Più italiano! Più inglese! Più matematica!) il problema è che la teoria dell’evoluzione è terribilmente complicata, ma seduttivamente semplice. Mentre c’è il terrore dell’algebra difficilissima c’è molto più pressapochismo su come si insegna l’evoluzione e i suoi processi; pressapochismo che, alla lunga, genera un sacco di confusione.

Due delle concezioni erronee più comuni sono l’idea che l’evoluzione è teleologica verso un miglioramento, cioè che in qualche modo esistano specie “più evolute” e “meno evolute”/che l’evoluzione ha una direzione complessiva, e l’idea che l’evoluzione sia sempre geologicamente lenta.

Queste due convinzioni vengono spazzate via quando si comincia a pensare a certi fenomeni come co-evoluzione. Quando si tratta di co-evoluzione, specialmente tra un parassita è un ospite, si può vedere come è il costante rapporto reciproco che influenza la direzione e la velocità dell’evoluzione, che, per di più, non si ferma mai. Da cui: l’ipotesi della regina rossa.

Ma insomma sta “Ipotesi della Regina Rossa” che è?

A essere fiscali e fiscalissimi il termine ” Ipotesi della Regina Rossa ” si riferisce a due idee, seppur strettamente correlate. L’idea originale viene da Leigh Van Valen che, nel 1973, propose una “nuova legge” per l’evoluzione. In brevissimo, l’idea era che quando abbiamo due specie che si coevolvono strettamente (es. un parassita e un ospite), il cambiamento improvviso in una specie può causare improvvisamente l’estinzione dell’altra, e tale probabilità di estinzione è più o meno indipendente da quanto tempo esistono le due specie.
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Le Vestiges e l’origine delle pseudoscienze

In 1844, Robert Chambers, un autore ed editore scozzese, pubblicò un libro di storia naturale, Vestiges of The Natural History Of Creation (tradotto in italiano in tiratura assai limitata come Storia Naturale della Creazione) in forma totalmente anonima.

Il frontespizio della prima edizione

Il frontespizio della prima edizione

Nel libro, Chambers sostiene che tutti gli organismi, inclusi gli esseri umani, sono il risultato di un lungo, lento processo di sviluppo da materia inorganica verso forme primitive e via via più complesse. Nella sua opera Chambers ricicla pezzi da ogni sorta di fonte, dalla nascente geologia al tradizionale folklore britannico, passando per i filosofi naturali illuministi. Da Kant e Laplace ad esempio prende in prestito l’ipotesi delle nebulose, sostenendo che l’universo intero si era condensato da semplice gas; descrive come la condensa sui vetri sgocciolando forma strutture indistinguibili dalle felci; narra di come riesce a far nascere insetti da scintille elettriche, e di come gli esseri umani non sono la forma finale di questo processo di, ehm, evoluzione, ma che una futura “razza superiore” potrebbe sostituirci. Il libro, anche grazie ad una scrittura considerata brillante, fu un grande successo editoriale e di pubblico, ma detiene anche un interessante primato: è uno dei primi libri nella storia ad essere descritto con il termine pseudoscienza.

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Haeckel: evoluzionista, artista, antipapa

Non scrivo quasi mai in occasione di anniversari perché ciò richiede due skill critiche (essere puntuali e non essere pigri) che non ho minimamente, ma oggi è il compleanno di Ernst Haeckel, probabilmente uno dei 10 biocosi più importanti della storia della biologia, quindi faccio un’eccezione e ci provo.

Se avete presente Haeckel lo avete presente per una di due cose: le stampe litografiche sparaflesciose che faceva e che ancora adesso sono un capolavoro, o il fatto che è quello che ha promulgato la legge biogenetica, alias ” L’ontogenesi ricapitola la filogenesi “, alias ” Se guardi un embrione umano mentre si sviluppa all’inizio sembra un pescetto, poi un rettilino, poi un mammiferotto, e infine una persona, come se durante lo sviluppo embrionale ripercorresse tutto il suo albero genealogico a ritroso.”

A fare i pignoli, no, non è vero che l’ontogenesi ricapitola la filogenesi: è un’analogia carina, che funziona e rende l’idea, ma insomma, no, la realtà è più complicata di così. Ma era un precetto fondamentale della versione della teoria dell’evoluzione di Haeckel, di cui però raramente si fa menzione perché si è tutti impegnati a tirar in mezzo Lamarck (A questo proposito: avete mai provato a leggere gli scritti di Lamarck? Non si capisce niente orcoschifomadò. Praticamente che abbia detto qualcosa sull’eredita dei caratteri acquisiti lo devo prendere per atto di fede).

Haeckel aveva studiato medicina in Germania, ma della medicina gli fregava relativamente: era rimasto fulminato da quella che era in quel momento (prima metà del 1800) la teoria scientifica figosa du jour: l’idea che la vita fosse fatta da cellule. Una volta che ha una cattedra, a Jena, prende e scappa in sud Italia, dove si mette a studiare gli invertebrati marini, perché nelle loro forme macroscopiche vede chiari collegamenti con la loro natura microscopici. Ah, che bei tempi il 1850, quando i cervelli in fuga erano verso l’Italia invece che da!

La maggior parte delle stampe di Haeckel sono di dominio pubblico! Gioa gaudio e tripudio! Questo viene da Kunstformen der Natur, la piastra nello specifico è quello sui Prosobranchia, una sottoclasse di molluschi gasteropodi, ed è stata scelta esclusivamente perché contiene "Proso" nel nome.

La maggior parte delle stampe di Haeckel sono di dominio pubblico! Gioa gaudio e tripudio! Questo viene da Kunstformen der Natur, la piastra nello specifico è quello sui Prosobranchia, una sottoclasse di molluschi gasteropodi, ed è stata scelta esclusivamente perché contiene “Proso” nel nome.

Si studia quindi bene radiolari e cnidari vari, finché non gli capita in mano, intorno al 1860, la traduzione in tedesco dell’Origine Delle Specie. La sua reazione è ” FIGATA PAZZESCA ADESSO VADO IN MEZZO ALLA STRADA E URLO AL MONDO QUANTO HA RAGIONE DARWIN ” torna in patria e più o meno fa quello, al punto di diventare uno dei più accaniti propositori dell’evoluzione fuori dal Regno Unito, nonché uno dei responsabili primari del fatto che per mezzo secolo la Germania sarà all’avanguardia nello studio di tutte le bioscienze.
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L’insostenibile solitudine dei tripanosomi

È San Valentino, ma io e la mia ragazza da un paio di mesi siamo separati da un oceano e 6500 kilometri, quindi non si batte chiodo. Poteva andare peggio però. I tripanosomi (Trypanosoma brucei gambiense) non fan sesso da 10 mila anni, ma non van mica su facebook a lamentarsi.

Probabilmente non si lamenta perché è un protozoo flagellato, e ad essere microscopici si fa fatica a schiacciare le lettere sulla tastiera. Un po’ deve anche essere perché sto parassita è la causa della malattia del sonno, una di quelle malattie bastarde trasportate dalla mosca Tsetse, che ti consuma lentamente tra febbri alte, dolori di ogni genere, e (nonostante il nome) ti impedisce di dormire finché non muori. Cioè non è proprio il caso che faccia la povera vittima su FB.

Se hai accesso ai farmaci (cosa non scontata, considerando che è una di quelle malattie tropicali “neglette”) è molto probabile che la scampi però. La guarigione è lunghissima, ti lascia con danni permanenti, e devi monitorare che qualcuno di questi cosini non sia sopravvissuto per almeno due anni, ma la scampi. E parte del motivo per cui la scampi è che questo protozoo non fa sesso da 10mila anni, per cui il suo genoma non cambia, per cui i trattamenti non diventano obsoleti.
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Questa non è una farfalla

Caligo Atreus e crisopidi che non sono farfalle

immagine composita dalla fig 1 del paper con crisopidi fossili e dalla foto di Caligo atreus di Lorenzo Magnis, rilasciata in licenza CC-BY-NC-SA https://www.flickr.com/photos/lorenzo-l-m/

Ceci n’est pas un papillion.

Cioè, un momento. Quella sulla sinistra sì, è una farfalla civetta. Ma i fossili sulla destra? Quelle non sono farfalle, sono cose farfallose 80 milioni di anni prima che esistessero le farfalle.

Confusi? Mannò, dai, è solo evoluzione convergente, anche se a livelli che sfiorano l’incredibile.

Circa 165 milioni di anni fa, nel giurassico, quei cosi sulla destra, crisopidi kalligrammatidi, svolazzavano in giro, impollinavano fiori e ciucciavano nettare. Ma i crisopidi non sono farfalle: il loro antenato comune più vicino viveva tipo 300 milioni di anni fa. Se googlate crisopidi, anche se il nome non vi dice niente, sono sicuro che li avete visti in giro nella vostra vita. 300 milioni di anni significa che sono due lignaggi evolutivi separati quanto Homo sapiens e il rospo comune.
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Sul Whiffy Wheat

Il “whiffy wheat”, il grano odoroso, doveva essere la prima pianta geneticamente modificata per rilasciare un feromone come forma di difesa. Il risultato delle prime prove su campo, condotte dall’Istituto di Rothamsted, il più antico centro di ricerca agronomica pubblico del mondo, è però negativo.
L’idea dietro il Whiffy Wheat è teoricamente semplice. Gli afidi del grano causano 120 milioni di sterline di danni ogni anno nel regno unito. La tecnica più efficiente per contenere questi danni è la lotta integrata, ovvero l’utilizzo di predatori naturali e insetti benefici per tenere lontano gli afidi, ma è difficilmente scalabile su scala industriale che si usa per coltivare il grano nella stragrande maggioranza dei casi. E quindi si usano montagne di insetticidi.

Quella tra insetti e piante è da sempre una storia di co-evoluzione; per questo motivo molte piante hanno “imparato” a manipolare segnali chimici per attrarre o repellere determinati insetti. In questo caso, i ricercatori hanno preso un gene dalla Menta piperita, che sintetizza un terpenoide, un composto aromatico che repelle diverse specie di afidi e attira vespe parassitoidi che depongono le loro uova negli afidi, uccidendoli. Si può, volendo, vederlo come una forma di sistema immunitario subappaltato tramite simbiosi.
I test in laboratorio sono stati molto positivi su tutte e tre le principali specie di afidi dannose, ma il risultato non è stato replicato in campo aperto, con nessuna differenza significativa di resistenza agli afidi tra il grano modificato e la versione commerciale originale.

Per quale motivo? Non è ancora del tutto chiaro, ma gli autori hanno un’ipotesi alquanto plausibile, che ha a che fare con il rilascio del feromone. Normalmente i feromoni e gli altri segnali chimici vengono rilasciati sottoforma di picco: gli afidi ne rilasciano molto quando sono attaccati da vespe parassitoidi, la menta li rilascia quando è danneggiata dagli afidi. Ma il Whiffy Wheat rilascia il feromone ad un livello basso ma costante; ed è probabile che dopo un breve periodo gli afidi si siano adattati a ignorare questo livello come fosse rumore di fondo. Per quanto sulla carta la tecnica sia molto promettente, e dovrebbe ridurre la probabilità di una rapida evoluzione di resistenza, questo specifico esperimento è da rivedere completamente.

Sono due le cose che, secondo me, escono come più interessanti da questo studio: la prima è la capacità degli afidi di abituarsi nel giro di una generazione al rumore di fondo. Non è esattamente un’evoluzione di una resistenza, che richiederebbe cambiamenti genetici e più tempo, ma una sorta di comportamento imparato semplicemente crescendo in un ambiente dove il feromone è costantemente presente.
La seconda è una considerazione di natura sociale. La ricerca in questione era totalmente pubblica: gestita da enti pubblici nel regno unito e finanziata con i soldi dei contribuenti. E molti attivisti anti-OGM stanno strumentalizzando questo risultato negativo (che di per sé non sarebbe un fallimento, perché sapere cosa non funziona è tanto importante quanto sapere cosa funziona) per attacare in toto l’idea dei finanziamenti pubblici alla ricerca sugli OGM. Esemplare in questo senso le dichiarazioni di Liz O’Neill, presidente di GM Freeze, una associazione inglese che aveva protestato negli ultimi 2 anni contro questo esperimento, alla BBC:

“The waste of over £1m of public funding on a trial confirms the simple fact that when GM tries to outwit nature, nature adapts in response.”

Questo, di per sé, non sarebbe particolarmente interessante: ogni scusa è sempre buona per tirare acqua al proprio mulino. Diventa però interessante quando alle sue dichiarazioni aggiungiamo questa piccola postilla, riportata su Nature:

” The protests did not disrupt the research, but making the site secure added around £1.8 million (US$2.8 million) to the study’s research cost of £732,000. “

Ovvero: la ricerca è costata 3 volte tanto per via dei tentati sabotaggi del campo da parte dello stesso gruppo che si lamenta del costo della ricerca.
Creare un problema e usare quel medesimo problema come argomentazione contro qualcosa a cui ci si oppone ideologicamente non è una cosa nuova, ma in questo caso è particolarmente sfacciato.
Un po’ come se ci si opponesse strenuamente alla ricerca pubblica sugli OGM perché non ci si fida delle ricerche promosse da grandi colossi commerciali.

ResearchBlogging.org Bruce TJ, Aradottir GI, Smart LE, Martin JL, Caulfield JC, Doherty A, Sparks CA, Woodcock CM, Birkett MA, Napier JA, Jones HD, & Pickett JA (2015). The first crop plant genetically engineered to release an insect pheromone for defence. Scientific reports, 5 PMID: 26108150

Perché i bradipi hanno nove vertebre cervicali ?

Le giraffe, come gli esseri umani, hanno 7 vertebre cervicali.

Questo fattoide, però, è trito e ritrito: l’avrete sicuramente sentito mille volte anche voi. Poteva forse impressionare qualcuno nei primi anni ’90, ma nell’epoca degli smartphone, dove mi basta sfiorare un touchscreen per aprire una pagina random di wikipedia per scoprire che Iterlak (o Iterdlak) è un villaggio della Groenlandia di 2 abitanti, non sorprende più nessuno. Ci sono annedoti ben più esoterici a portata di mano, in grado di spazzare via la cervicale da giraffa e rendervi l’anima della festa.

Ma, diciamo, per pura ipotesi, che ad una di queste feste dove va la gente cool che ama le giraffe, che qualcuno vi propini la solita storiella ” Ehi, ma sai che sotto quel collo lungo lungo… “.

Le opzioni a quel punto non sono molte. Potete fare un sorrisino di circostanza, fingendo di non averla proprio mai sentita questa prima eh, ma guarda un po’, per cortesia. Potete roteare gli occhi al cielo con sufficienza e fare un’espressione disgustata,  per poi allontanarvi senza dire una parola, per sottolineare la vostra saccente superiorità. Io farei così.

Ma alcune persone tengono alla propria vita sociale, ragion per cui la strategia più conveniente diventa dire: “Ehi, ma lo sai che i bradipi hanno NOVE vertebre cervicali ? ”

Dopodiché tirate fuori dal portafoglio la foto di scheletro di bradipo che portate sempre con voi per queste evenienze, mostrandola al vostro interlocutore. ” Visto ? ” Photocredits: Natural History Museum, London

La quasi totalità dei mammiferi ha sette vertebre cervicali, indipendentemente dalla lunghezza del collo: che tu sia un pipistrello o un leone marino,  sette ne hai, e sette devi usarne. È un limite ingegneristico abbastanza assurdo che non esiste in altri raggruppamenti animali: il lungo collo del cigno, ad esempio, ha tra le 22 e le 25 vertebre. E a fronte di questa variabilità intraspecifica, letteralmente migliaia di mammiferi sottostanno alla tirannia del sette biblico.

Ma non il bradipo.
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Nella tela della selezione di gruppo

Intorno al 1960 l’evoluzione aveva trionfato. Forse anche grazie alla rivoluzione culturale, tolti pochi baluardi come la bible belt del sud degli USA per ragioni più politiche che intellettuali, la teoria proposta appena un secolo prima da Darwin si era definitivamente cristallizzata nella Sintesi Moderna non solo negli ambienti intellettuali, ma anche nei programmi scolastici. Si era arrivati, 20 anni dopo il libro omonimo di Julian Huxley, ad avere un sistema completo e integrato che metteva insieme Darwin, Mendel, selezione naturale, genetica di popolazione e deriva genetica. Le principali novità teoriche erano più vecchie, degli anni trenta e quaranta, ma erano finalmente passate attraverso il setaccio che separa le torri d’avorio dalla cultura popolare.

Il problema è che quando si passa attraverso un setaccio, si perde sempre qualcosa. E tra le cose che rimasero al di sopra della maglia, e che invece sono tornate di moda nell’ultimo periodo, c’è la selezione di gruppo, che ultimamente è tornata alla ribalta (purché per ultimamente intendiate “negli ultimi trent’anni” e per ribalta intendiate “Vecchi barbosi si scannano sulla validità del concetto”).

Facciamo però un passo indietro, e partiamo dall’inizio invece che in media res. E come spesso succede in questo campo, per partire dall’inizio bisogna andare dal barbuto per eccellenza: Carletto Darwin.

La teoria dell’evoluzione darwiniana originale, quella rivoluzionaria dell’origine delle specie, è inquadrata in termini di individui. E’ l’insetto che si nasconde meglio che si riproduce di più e trasmette le sue capacità mimetiche ai figli: è un singolo specifico insetto (Prendiamoci confidenza, chiamiamola Genoveffa) che trasmette il tratto alla prole. I figli di Genoveffa hanno un vantaggio locale perché sopravvivono meglio di tutti gli altri insetti non-genoveffini con cui hanno un ambiente condiviso. Quello che la selezione naturale “vede” è Genoveffa e la sua prole individualmente per decidere se sono mimetizzati bene o no.

Se teniamo questo livello di zoom, tratti che aiutano altri individui non sono localmente vantaggiosi. Genoveffa decide, invece di deporre uova, di aiutare a crescere i figli dei vicini: per quanto l’azione sia per il bene del gruppo di insetti che vivono in uno stesso luogo, a livello individuale è localmente svantaggiosa, perché non fare figli significa che il tratto “aiutiamo gli altri” di Genoveffa muore con lei.
L’evoluzione di tratti vantaggiosi per il gruppo ma svantaggiosi per l’individuo sono un problema teorico non semplice per la teoria dell’Evoluzione, al punto che è una di quelle cose su cui i creazionisti si buttano alla disperata ricerca di buchi. Darwin, che di sicuro era più sveglio di me, si rese subito conto del problema quando si trovò a doverlo affrontare parlando di morale umana ne “L’origine dell’uomo e la selezione sessuale”. Darwin scrive (parafraso leggermente per non dover citare due pagine intere) che per quanto essere più “morali” e “altruisti” non conferisca alcun vantaggio a ciascun individuo e ai suoi figli rispetto ai membri della sua stessa tribù, dà un grande vantaggio al suo gruppo rispetto ad altre tribù. Una tribù in cui la gente si sacrifica per il bene comune perché piena di empatia coraggio e obbedienza sostituirà una tribù di stronzi egoisti, e anche questa è selezione naturale.

Darwin, insomma, non aveva problemi a dire: “Sì, beh, guardiamo l’individuo e la lotta per la sua sopravvivenza, però quando serve possiamo anche guardare la lotta tra gruppi e la loro sopravvivenza”. David Sloan Wilson, che è il principale teorico moderno in favore di questa idea, la chiama “selezione multilivello”.

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