L’EVOLUZIONE DEI BATTERI IN LABORATORIO:


RIporto un vecchio articolo con riferimento al noto esperimento di Richard Lenski.

UN PUGNO NELL’OCCHIO PER GLI ANTIEVOLUZIONISTI ?

 
Di Mihael Georgiev

 Il quotidiano La Repubblica ha dedicato una pagina intera all’esperimento diretto da Richard Lenski che dimostrerebbe l’evoluzione in laboratorio. La pagina, pubblicata l’11 ottobre 2008 e firmata da Piergiorgio Odifreddi, prende spunto dai risultati dell’esperimento e dalla successiva polemica online fra Lenski e Conservapedia (www.conservapedia.org), un sito-enciclopedia sul modello di Wikipedia, ma di orientamento conservatore. I fatti riportati sono affidabili, ma lo è meno l’interpretazione che se ne dà.

L’esperimento

Nel 1988 Richard Lenski ha iniziato 12 colture di un ceppo di Escherichia coli (i colibatteri che vivono nell’intestino umano), osservandoli generazione dopo generazione per 20 anni e documentando i cambiamenti avvenuti. Lenski aveva già pubblicato in precedenza alcuni risultati, ma è stato l’articolo del 10 giugno 2008, pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), che ha avuto maggiore attenzione da parte dei media. Il testo completo dell’articolo è sul sito dell’autore (http://myxo.css.msu.edu/lenski/pdf/2008,%20PNAS,%20Blount%20et%20al.pdf).

Gli evoluzionisti giustamente nutrivano grandi aspettative da questo lungo esperimento perché, per ovvi limiti di tempo, l’evoluzione non può essere osservata direttamente, mentre in 20 anni Lenski ha potuto osservare in laboratorio più di 44.000 generazioni di batteri, che equivalgono a circa un milione di anni per la popolazione umana. Occorre comunque tenere presente che, per l’uomo, le possibilità evolutive nel corso di 44.000 generazioni sono minime rispetto ai batteri; essendo la riproduzione umana di tipo sessuale, ci sono il 50% di probabilità di perdere le eventuali variazioni (mutazioni) presenti nei genitori; la grandezza della popolazione umana è poi incommensurabilmente inferiore a quella della popolazione batterica e quindi si possono verificare meno mutazioni; infine il genoma umano, essendo molto più grande, verrebbe irrimediabilmente danneggiato da una frequenza di mutazioni alta come quella che avviene nei batteri.

Ogni 500 generazioni un campione di batteri veniva congelato e conservato come un “fossile” da esaminare successivamente, per descrivere a livello molecolare la sequenza e la cronologia delle eventuali mutazioni.

Come calcolato dallo stesso Lenski, durante i 20 anni si sono verificate più volte tutte le mutazioni possibili e, stando così le cose, l’esperimento può considerarsi concluso. Questa ripetitività delle mutazioni, però, più che esprimere le potenzialità della variabilità evolutiva è indicativa dei suoi limiti. Forse per questo Lenski ha spostato di recente i propri interessi dall’osservazione della vita reale alla simulazione dell’evoluzione al computer, partecipando allo sviluppo del programma Avida (vedi http://www.iscid.org/papers/Truman_ComplexFeatures1_070104.pdf). I cambiamenti evolutivi descritti nel recente articolo dovrebbero essersi verificati circa 5 anni fa, ma sono stati pubblicati solo ora. La pubblicazione potrebbe dipendere dal fatto che il 25 aprile 2008 Lenski è stato eletto membro della National Academy of Sciences (NAS) e le regole prevedono che i nuovi membri pubblichino sulla rivista della NAS (PNAS) un “articolo inaugurale”, che perciò è richiesto.

I risultati

I batteri sono stati coltivati in un terreno che conteneva un po’ di glucosio e molto citrato, perciò una volta esaurito il glucosio, i batteri avrebbero continuato a crescere solo utilizzando il citrato. Siccome i colibatteri in condizioni aerobiche (presenza di ossigeno) non sono in grado di utilizzare il citrato, avrebbero potuto continuare la crescita solo sviluppando tale capacità.

Dopo una serie di cambiamenti adattativi di scarso interesse evolutivo (ad esempio aumento delle dimensioni dei batteri), oppure degenerativi (mutazioni che hanno danneggiato gli apparati di riparazione del DNA, riducendo così la capacità dei batteri di neutralizzare le mutazioni che avvengono), dopo 31.500 generazioni è finalmente comparsa una nuova caratteristica: una parte dei batteri aveva acquisito la capacità di utilizzare il citrato, capacità che l’autore chiama “novità chiave”.

Lenski si è poi chiesto se tale acquisizione è dovuta ad una mutazione complessa e rara, oppure ad una sequenza di mutazioni delle quali la prima ha “preparato” la strada alle successive, fino ad arrivare all’effetto cumulativo della comparsa di una nuova caratteristica. Analizzando i campioni congelati, l’autore si è accorto che è dopo 21.000 generazioni che i colibatteri di una delle 12 provette hanno subìto qualche mutazione ed è da quella provetta che discende il ceppo che 10.000 generazioni più tardi svilupperà la capacità di nutrirsi di citrato; questo è stato confermato sperimentalmente, ripetendo il percorso evolutivo col ricoltivare i batteri congelati dopo la 21.000 generazione. Quindi non si tratta di una rara e complessa mutazione, ma di una sequenza di piccole mutazioni, con il risultato finale di acquisizione di una nuova caratteristica. Questo è precisamente il meccanismo darwiniano di accumulo di piccole variazioni con comparsa di nuove caratteristiche, ma si tratta solo di un’ipotesi. Per provare la sequenza delle mutazioni Lenski avrebbe dovuto sequenziare il DNA nelle diverse generazioni di batteri e descrivere esattamente le mutazioni ed il rapporto tra esse, cosa che l’autore non ha fatto e che intende fare in futuro.

Poiché l’inabilità dei colibatteri di nutrirsi di citrato è utilizzata in laboratorio come caratteristica distintiva per la loro identificazione, Lenski conclude che la scomparsa di tale caratteristica si può considerare come trasformazione di una specie in un’altra. Insomma, sarebbe in questo modo provato che piccole mutazioni nel corso della riproduzione possono avere un effetto cumulativo, con la comparsa di nuove caratteristiche e trasformazione di una specie in un’altra.

Qual è il significato di ciò che si è verificato nell’esperimento? L’esistenza di mutanti di colibatteri che si nutrono di citrato non è una novità, ma è nota già dal 1982 (Hall BG. Chromosomal mutation for citrate utilization by Escherichia coli K-12. J Bacteriol 1982;151:1019-1024). La novità è semmai nelle conclusioni: la prima afferma che si tratta di una sequenza di mutazioni, ma essa rimane ipotetica fino a quando l’autore non la dimostri con il sequenziamento del DNA; la seconda conclusione afferma che i colibatteri utilizzanti citrato sono una specie diversa, ma è soltanto un gioco di parole, perché sarebbe come se gli europei fossero considerati di una specie diversa rispetto agli africani solo perché i primi tollerano il latte di mucca e gli altri no.

Che dire poi della conclusione che l’abilità di nutrirsi di citrato sia una “novità chiave”? Tutti i colibatteri sono in grado di nutrirsi di citrato, ma solo in condizioni anaerobiche, cioè in assenza di ossigeno. Quindi le macchine molecolari che utilizzano il citrato sono già presenti nei batteri e, in condizioni anaerobiche, funziona anche una pompa molecolare che consente al batterio di trasportare il citrato dall’ambiente all’interno della cellula, funzione che è soppressa (o inespressa) quando è inutile, cioè in condizioni aerobiche. Perciò basterebbe un guasto nell’interruttore della pompa per lasciarla sempre attiva, cosa che è antieconomica e dannosa per la sopravvivenza del batterio in condizioni normali (in natura). Quindi la “novità chiave”, verosimilmente, è un guasto in un meccanismo già esistente, non la creazione di una nuova e complessa macchina molecolare. Cambiamenti di questo tipo si conoscono da tempo e in dettaglio, ma non portano certo ad un’evoluzione direzionale tale da trasformare un batterio addirittura in un batteriologo.

In altre parole, le conclusioni di Lenski sono l’ennesima testimonianza della incapacità degli evoluzionisti a distinguere tra l’alterazione del funzionamento di una struttura cellulare complessa già esistente per danno da mutazione (evento degenerativo e inutile per l’evoluzione) e la comparsa di una struttura cellulare complessa nuova in un organismo che prima ne era sprovvisto (evento indispensabile per potere immaginare un’evoluzione direzionale con trasformazione di un organismo in un altro, con la comparsa di forme nuove e più complesse di vita).

Considerando poi che nel periodo di osservazione si sono verificate più volte tutte le mutazioni possibili, il risultato dell’esperimento – più che una prova di evoluzione – è semmai la fine dei tentativi di provare sperimentalmente l’evoluzione.

Questo tipo di studio normalmente non rimane chiuso nel circuito delle riviste specializzate, ma viene di solito ripreso dalle maggiori riviste scientifiche di tipo divulgativo, soprattutto quelle come National Geographic e Scientific American (Le Scienze), che dedicano spazio alla propaganda evoluzionista. In questo caso però lo studio è stato un po’ snobbato e solo la rivista New Scientist ha pubblicato in rete un resoconto del lavoro di Lenski, dandogli un titolo trionfale: «I batteri fanno un grande salto evolutivo in laboratorio» (http://www.newscientist.com/channel/life/dn14094-bacteria-make-major-evolutionary-shift-in-the-lab.html). Invitato ad esprimere un parere, il biologo evoluzionista Jerry Coyne, dell’Università di Chicago, ha dichiarato che i risultati dello studio sono «un pugno nell’occhio degli antievoluzionisti» e che «quello che gli piace di più dell’esperimento è la conclusione che caratteristiche così complesse possono evolvere da eventi improbabili, che è esattamente ciò che i creazionisti considerano impossibile». Mentre, come detto, l’esperimento ha avuto poca attenzione da parte delle riviste divulgative, ha invece ricevuto attenzione molto maggiore la polemica che è successivamente divampata in rete.

La polemica con Conservapedia

La reazione di Conservapedia è arrivata tre giorni dopo la pubblicazione del lavoro di Lenski (http://www.conservapedia.com/Conservapedia:Lenski_dialog) con una lettera del responsabile Andy Schlafly, laureato in giurisprudenza.

Anziché commissionare un commento ad un esperto in grado di spiegare ai lettori lo scarso significato dei risultati e l’inconsistenza delle conclusioni, Conservapedia ha preferito aggredire Lenski in modo maleducato, goffo e offensivo. Ha insinuato che i risultati dello studio sono falsi e che l’articolo non è stato corretto a dovere prima della pubblicazione; a ciò si può però obiettare che un articolo inaugurale e su invito non viene in genere revisionato in modo critico, poi Lenski è uno scienziato stimato con oltre 100 pubblicazioni nelle riviste specializzate. All’autore sono state poi fatte domande di chiarimento, alcune delle quali inconsistenti, ventilando anche l’ipotesi di chiedere campioni di colibatteri per poter ripetere l’esperimento e verificare la veridicità dei risultati.

Da comunicatore navigato qual è, per Lenski è stato un gioco da bambini rispondere per le rime e ridicolizzare Conservapedia. Mi ha divertito particolarmente il tocco di ironia con la quale Lenski ha dato lezione di morale cristiana, ricordando a Schlafly che esiste il comandamento di non testimoniare il falso e non calunniare; ha poi usato sarcasmo dichiarandosi pronto a fornire i colibatteri a persone idonee ad utilizzali, ricordando a Schlafly che nel frattempo può disporre del miliardo di colibatteri che vivono nel proprio intestino. Questo scontro, finito con la vittoria di Lenski, ha divertito me, ha divertito diverse riviste americane e ancor più Piergiorgio Odifreddi, che sulla citata pagina de la Repubblica ha però finito per confondere la vittoria nella polemica con la validità delle conclusioni scientifiche. Un attacco maldestro come quello dei creazionisti di Conservapedia non è un attestato di validità delle deduzioni scientifiche del vincitore della polemica.

3 pensieri su “L’EVOLUZIONE DEI BATTERI IN LABORATORIO:

  1. forse sarebbe stato meglio fare l’esperimento utilizzando questo batterio:

    Il Deinococcus radiodurans è un batterio estremofilo, uno degli organismi più radioresistenti conosciuti al mondo. Si tratta di una specie particolare, in grado di resistere a dosi di radiazioni superiori a quelle necessarie per uccidere un qualunque animale. Esso è infatti capace di riassemblare la struttura funzionale dei suoi cromosomi dopo che questi sono stati distrutti dal trattamento radioattivo. È in grado di sopravvivere a condizioni estreme di freddo, disidratazione, vuoto, acidità; è quindi conosciuto anche come batterio poliestremofilo, ed è stato inserito nel Guinness dei Primati del 2008, come il “batterio più resistente del mondo” o “Conan il batterio”.
    Una dose di 10 Gy di radiazione ionizzante è sufficiente a uccidere un essere umano; una dose di 60 Gy è sufficiente a uccidere tutte le cellule di una coltura di E. coli; il D. radiodurans è in grado di resistere ad una dose unitaria di 5.000 Gy senza perdere vitalità, mantenendone un 37% anche se sottoposto ad una dose di radiazioni pari a 15.000 Gy. Si stima che una dose di 5.000 Gy sia in grado di introdurre diverse centinaia di interruzioni nel DNA in un organismo.
    La resistenza del Deinococcus alle radiazioni è dovuta sia al possesso di copie multiple del suo genoma, che al rapido meccanismo di riparazione del DNA.
    Attraverso l’utilizzo di tecniche di ingegneria genetica, il Deinococcus è stato usato a scopi ambientali per l’eliminazione, tramite digestione batterica, di solventi e metalli pesanti, anche in ambienti altamente radioattivi. Il gene codificante per l’enzima della mercurio-reduttasi batterica è stato clonato da Escherichia coli nel Deinococcus, per detossificare gli ioni di mercurio frequentemente ritrovati nelle scorie radioattive generate dai processi produttivi delle armi nucleari[13]. Gli stessi ricercatori hanno sviluppato un ceppo di Deinococcus capace di detossificare e bonificare sia il mercurio che il toluene nei depositi di scorie radioattive miste.
    Il Craig Venter Institute ha utilizzato un sistema derivato dai meccanismi di riparazione rapida del DNA del D. radiodurans per assemblare in cromosomi dei frammenti sintetici di DNA, con lo scopo di produrre un organismo sintetico chiamato Mycoplasma laboratorium.[14]
    Nel 2003, scienziati statunitensi hanno dimostrato che D. radiodurans potrebbe essere utilizzato come modalità di “immagazzinamento di informazioni” che potrebbe sopravvivere ad una catastrofe nucleare. Tradussero la canzone It’s a Small World in una serie di segmenti di DNA della lunghezza di 150 coppie di basi, la inserirono dentro il batterio, e la recuperarono senza errori 100 generazioni batteriche dopo (da WIKIPEDIA).

    Non penso che questo batterio abbia necessità di evolvere per selezione naturale.

  2. A proposito di batteri estremofili, è stata confermata la scoperta di batteri (cristallobatteri) in meteoriti fatta da studiosi dell’Università di Napoli nel 2001? Questa notizia conforterebbe l’ipotesi della provenienza extraterrestre della vita sulla terra.

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