Meglio la Regina Rossa o la Regina Nera?


Non ho mai capito perché i medici combattono con tanto accanimento microbi, batteri e virus; in fondo vivono di loro.- Peter Tomlinson, presentatore inglese

Nel vino c’è la saggezza, nella birra c’è la forza, nell’acqua ci sono i batteri.-Proverbio tedesco

Probabilmente non è una buona idea quella di interessarsi troppo ai microbi che convivono con noi.- Bill Bryson, Breve storia di (quasi) tutto

Il raffreddore è una malattia che, se curata dal medico, dura una settimana, e senza, sette giorni.

La variabilità genetica è un dato di fatto, di cui tutti ce ne possiamo rendere conto ammirando la natura. Ma se esiste tanta differenza, la dobbiamo alle mutazioni! Mutazioni e variabilità genetica sono due concetti che vanno di pari passo: una- la variabilità- e conseguenza dell’altra- la mutazione-, ed entrambi possono essere i punti principali di una evoluzione come si deve. Per citare Monod (uno dei padri della biologia del secolo scorso): l’evento iniziale, la mutazione, è un fatto fortuito, un caso; una volta inscritto negli esseri viventi, essa viene replicata, tradotta fedelmente in miliardi di copie ed entra nel campo della selezione, della necessità. Tuttavia, i batteri, che differiscono dal Sapiens da più punti di vista, praticano un’evoluzione, o meglio, applicano tecniche genetiche evolutive- leggasi come “mutazioni”-, molto particolare. Infatti riescono ad adattarsi e a sistemarsi nei posti più disparati: dagli ambienti salati, a quelli ricchi di metano, dall’intestino delle mucche e di ogni essere vivente ad ogni possibile posto che possa loro portare riproduzione, anche sulla luna! (da una recente scoperta si è visto che sono in grado di vivere in condizioni gravitazionali estreme, anche in presenza di un campo gravitazionale 400.000 volte superiore a quello terrestre!) Il Sapiens al massimo si sposta dalla campagna al mare, dalla città al paesello di provincia, e uno dei tanti posti che adora di più è la poltrona!

Bill Bryson in Breve Storia di (quasi) Tutto, dando lode alla maestrìa di questi piccoli microrganismi, presenta i batteri nel modo seguente:

I batteri, non dimentichiamolo, hanno vissuto per miliardi di anni senza di noi; noi, al contrario, non riusciremmo a sopravvivere un solo giorno senza di loro. Sono loro che elaborano i nostri prodotti di rifiuto e li rendono nuovamente utilizzabili; se smettessero il loro diligente lavorio, nulla potrebbe più decomporsi. I batteri purificano l’acqua e assicurano la produttività del suolo, sintetizzano le vitamine nel nostro intestino, trasformano ciò che mangiamo in zuccheri e polisaccaridi utili e combattono microbi estranei che scivolano nel nostro esofago.

Per non parlare della loro azione nella formazione degli alcolici, primi tra tutti birra e vino.

Una delle tante differenze esistenti tra un batterio e un Sapiens sta nel modo che le due specie hanno di riprodursi, e nel modello matematico che ne spiega i “numeri” e le strategie della trasmissione dei caratteri ereditari.

Se partiamo dal presupposto che una non è migliore dell’altra e che ogni tipo di strategia è adatta per l’organismo che la attua, in natura possiamo dividere i tipi di riproduzione in due grandi gruppi:  riproduzione sessuale e riproduzione asessuale. Il “vantaggio” di avere una riproduzione sessuata sta nel fatto che gli individui che la attuano possiedono un corredo cromosomico “diverso”, nel senso che quando si formano i gameti- le parti fondamentali della riproduzione- avviene il fenomeno del crossing-over, ovvero quel momento in cui si rimescola tutto il corredo cromosomico. Cito wikipedia:

Il crossing-over è l’importante meccanismo di ricombinazione del materiale genetico proveniente dai due genitori, che permette una maggiore varietà nei prodotti della riproduzione sessuata.

Come conseguenza di questo fatidico momento, i figli a livello morfologico sono diversi dai genitori e grazie al crossing-over presentano caratteristiche miste, anche se la probabilità e la statistica giocano un fattore importantissimo  “nel mischiare le carte”. All’atto pratico un figlio può somigliare al padre e non alla madre, allo zio piuttosto che al fratello, avere gli occhi della mamma e il mento del nonno, e così via… e questo proprio grazie a quel “mescolamento di carte” di cui si parlava prima!

Nella riproduzione asessuata, invece, il fenomeno del crossing-overnon sussiste, e il corredo del genitore, singolo e unico, viene completamente trasferito ai figli, detti cloni. In pratica, sia a livello genetico che morfologico, sono la stessa cosa. (Per correttezza bisogna dire che anche i batteri usano una specie di riproduzione “sessuata” effettuata tramite uno scambio di materiale genetico per mezzo di particolari filamenti. Ma se lo scambio si attua tra due carte dello stesso seme, alla fine il seme rimane sempre quello! Il problema per noi nasce quando lo scambio avviene con un batterio mutato, in quanto può tramandare la sua mutazione a tutti, creando una reazione a catena per quel carattere selezionato). I batteri, che usano questo tipo di riproduzione, fanno un numero elevato di “figli” (crescita esponenziale): un individuo da solo in una popolazione di E. coli– il batterio amico nostro che ci aiuta nella digestione intestinale- in 36 ore può generare 2 alla 256 individui! (Il Sapiens, ora come ora, si accontenta di farne in media tre durante l’arco di tutta la sua vita) Le due strategie di riproduzione prendono nomi diversi: rispettivamente strategia-r per i batteri e strategia-k per l’uomo (vedi grafico accanto).

Ma andiamo a vedere le due facce della medaglia evoluzionistica di questi modi di riproduzione: potenzialmente, entrambi vanno bene perchè è l’evento casuale che la fa da padrone (per “evento casuale” leggasi “cambiamento ambientale di qualunque tipo”, che nel caso dei batteri può essere un cambio di deodorante, di shampoo, di antibiotico o di qualsiasi altra cosa). Supponiamo di avere due cambiamenti ambientali a distanza di un anno l’uno dall’altro: una popolazione- per esempio appartenente al genere Homo- con caratteristiche genetiche miste ereditate garzie al processo enunciato prima, può sopravvivere anche se viene dimezzata-in gergo tecnico il processo è detto effetto collo di bottiglia. Di conseguenza il cambiamento non colpisce tutti, perché c’è una buona fazione che resiste al cambiamento succitato (ricordiamoci dell’evento casuale iniziale, motore di tutto), ma vengono focalizzate le caratteristiche dei sopravvissuti. Tuttavia, ecco dove potrebbe nascere lo svantaggio:  la popolazione colpita, non potrà avere il tempo di tramandare la mutazione che gli ha permesso di vivere, perchè ha troppo poco tempo per riprodursi; e quindi: resiste alla prima variazione ambientale, ma non c’è niente di certo sul fatto che possa resistere anche alla seconda, considerati il breve lasso di tempo tra un cambiamento e l’altro e i tempi sfasati tra nascita della nuova generazione e secondo cambiamento climatico. Nel caso in cui resista, si potrebbe avere, in un arco temporale lungo, la nascita di una nuova specie, con caratteristiche diverse dalla prima: il processo è già avvenuto per l’uomo, e se siamo qui è grazie all’ennesima botta di culo evoluzionistica dovuta al caso (nel caso contrario si ha l’estinzione totale di tutto il gruppo).

Analizziamo ora l’altra modalità di riproduzione: se si colpisce una colonia batterica per una determinata caratteristica, difficilmente questa riuscirà a sopravvivere, perchè i componenti di tale colonia sono tutti uguali. Tuttavia, avendo un tasso di crescita elevato e, di conseguenza, avendo un numero maggiore di probabilità che possa nascere una mutazione anti-cambiamento climatico, in una colonia batterica è molto probabile che la suddetta mutazione possa essere tramandata velocemente alle generazioni successive (ricordiamoci del loro tasso di riproduzione detto prima), cosa molto più difficile per chi ha un metodo di riproduzione più lento.

Come conseguenza di questa strana modalità di selezione naturale, se continuiamo a prendere antibiotici con il ritmo con cui oggi i medici li prescrivono, data la loro capacità riproduttiva ci sarà sempre un batterio mutato che darà vita ad altri batteri ancora più resistenti agli antibiotici. In biologia evoluzionistica il processo è stato chiamato Principio della Regina Rossa. In termini pratici viene espresso con “bisogna correre per rimanere sempre allo stesso punto”: il Sapiens prende gli antibiotici, ammazza molti batteri ma un numero abbastanza scarso e fatale muta, tramanda la mutazione, va a colpire di nuovo il Sapiens che prende un nuovo tipo di antibiotico, ma loro mutano per una seconda volta… e via dicendo. Il concetto e il nome vengono presi dalla corsa della Regina Rossa nell’opera di Lewis Carroll intitolata Attraverso lo specchio e quel che Alice vi trovò, in cui la Regina Rossa esprime  “Il principio della Regina Rossa”:

« Ora, in questo luogo, come puoi vedere, ci vuole tutta la velocità di cui si dispone se si vuole rimanere nello stesso posto; se si vuole andare da qualche altra parte, si deve correre almeno due volte più veloce di così! »

Per una definizione più tecnica, mi servo di Wikipedia:

In riferimento ad un sistema evolutivo, un continuo miglioramento dell’adattamento è necessario per le specie anche solo per mantenere l’adattamento relativo all’ambiente in cui esso si è evoluto ed evolve. L’ipotesi è usata per spiegare due fenomeni diversi: il vantaggio della riproduzione sessuale al livello di individui, e le continue strategie evolutive che intercorrono tra specie in competizione.

Come accennato prima, il principio della Regina Rossa in casi particolari potrebbe dare vita ad una nuova specie semplicemente grazie all’accumulo di mutazioni casuali che si verificano con minime probabilità durante i processi di replicazione. In casi più pratici e reali, dunque, l’antibiotico può servire da agente selezionatore e può solo velocizzare il processo. A complicare la situazione c’è da dire che i batteri riescono anche a collaborare tra loro, fungendo non solo da superorganismo genetico unico, ma anche come superorganismo sociale: si è visto infatti che, se ci sono individui che non riescono a compiere le funzioni di base per la loro sopravvivenza, riescono a condividere le funzioni necessarie con gli altri componenti (o con componenti di specie diverse), secondo un fenomeno di adattamento che può incoraggiare i microrganismi a vivere in comunità cooperanti. In questo caso, dove gli organismi si servono di altri per la sopravvivenza collettiva, il processo viene detto Ipotesi della Regina Nera e il concetto viene espresso magnificamente dai suoi scopritori:

“Il cuore dell’ipotesi è che molte funzioni genetiche possano fornire prodotti che entrano ed escono dalle cellule e diventano beni di dominio comune”.

Come dice l’articolo di LeScienze, il fenomeno prende il nome da

un’affinità con un gioco di carte in cui bisogna evitare di prendere la Regina di picche, [e] si fonda sull’idea che alcune funzioni dei microrganismi possono essere condivise con altri organismi, che si basano gli uni sugli altri per vivere più efficientemente e accoppiarsi. In questi casi, per un microbo potrebbe avere un senso evolutivo la perdita di un gene oneroso da mantenere e che serve a una funzione che non è necessario sviluppare autonomamente.

Bisogna sottolineare che anche specie più “grandi” si basano su questi principi: gli scarafaggi nello specifico e/o gli insetti in generale. Inoltre, è anche doveroso dire che un adattamento più proficuo di quello dei batteri e degli scarafaggi è dato dai virus: essendo semplicemente delle molecole, riescono a modificare il DNA della cellula ospite, governandola a loro piacimento. Se per i batteri possiamo essere noi gli agenti di selezione, i virus lo sono da soli: ecco perché non riusciamo ad abbattere completamente un raffreddore (il quale più o meno periodicamente ci butta a letto per una settimana!).

Riguardo il rapporto antibiotico-uomo-batterio, è curioso e simpatico il modo con cui viene presentato da Bill Bryson in Breve Storia di (quasi) Tutto:

Poiché noi umani siamo creature abbastanza grandi e intelligenti da produrre e usare gli antibiotici e disinfettanti, ci autoconvinciamo facilmente di avere relegato i batteri ai margini dell’esistenza: bè, non contateci. I batteri non costruiscono città e non hanno una vita sociale molto interessante, questo è vero; ma quando il sole esploderà, saranno ancora qui. Questo è il loro pianeta, e noi lo abitiamo solo perché loro ce lo consentono.

Tuttavia, una ricerca del 2002 dimostra che i nostri “super-micro-eroi” non possono resistere al miele, il quale, se diluito, può fungere come un rimedio molto efficace e più naturale rispetto agli antibiotici.

Ma, come dice Bryson, dando lode alla maestrìa di questi piccoli microrganismi:

I batteri, non dimentichiamolo, hanno vissuto per miliardi di anni senza di noi; noi, al contrario, non riusciremmo a sopravvivere un solo giorno senza di loro. Sono loro che elaborano i nostri prodotti di rifiuto e li rendono nuovamente utilizzabili; se smettessero il loro diligente lavorio, nulla potrebbe più decomporsi. I batteri purificano l’acqua e assicurano la produttività del suolo, sintetizzano le vitamine nel nostro intestino, trasformano ciò che mangiamo in zuccheri e polisaccaridi utili e combattono microbi estranei che scivolano nel nostro esofago.

Per non parlare del fatto che dobbiamo a loro la grande quantità di ossigeno liberato in atmosfera, e che ha permesso lo sviluppo della vita evoluta sulla terraferma!

I batteri non si vedono ma ci sono, e sono un modo alternativo di fare vita e di organizzarla. E come al solito tocca a noi decidere se soccombere o correre all’infinito per tenere il loro passo. Di conseguenza, quando giocate con le carte da poker o quando il dottore vi prescrive gli antibiotici, pensate con un altro punto vista ai batteri e alle regine, o fatevi una bella chiacchierata con chi avete davanti su quanto detto in questo post, e sentite cosa ne pensa. In alternativa usate il miele!

 

Note:

si ringrazia Rita Scardino per la revisione e i consigli.

Le notizie prese a completamento di questo post sono state tratte da Wikipedia, dal libro di Bill Bryson Breve Storia di (quasi) tutto, e da diversi articoli pubblicati su LeScienze (vedi link).

In alternativa, riguardo l’effetto degli antibiotici potete leggere questo articolo di LeScienze.

Advertisements

2 thoughts on “Meglio la Regina Rossa o la Regina Nera?

  1. Pingback: Hobbit: dal fantasy all’ antropologia! | diario di un giovane naturalista

  2. Pingback: Post fata resurgo | diario di un giovane naturalista

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...