Filogenesi e Neuralizzazione

Filogenesi e Neuralizzazione

Quanto il sistema nervoso in senso lato sia rilevante nel vivente è dimostrato dal fatto che oggi,  all’attuale stato delle conoscenze, consideriamo morto un vivente quando l’elettroencefalogramma non risponde più. Ciò significa che l’assenza di produzione elettrica da parte dei neuroni costituisce una garanzia che i sistemi di omeostasi hanno cessato di funzionare. E’ la fine dell’autoregolazione. Fa’ eccezione la pompa cardiaca che opera autonomamente fino a quando il sistema venoso le riporta il sangue. Ora, il sistema venoso non può più funzionare se il sistema nervoso periferico non stimola la risalita del sangue alla pompa cardiaca. A quel punto, la pompa priva di liquido si “rompe” e avviene l’infarto. Troviamo quindi la subordinazione della cellula cardiaca alla regolazione del sistema nervoso. Altrettanto dicasi per la respirazione che viene meno non appena manca la stimolazione nervosa proveniente dal cervello.

Se l’assenza di sinapsi per carenza di produzione elettrica in seguito a una qualunque disfunzione del sistema nervoso che sia midollare, del tronco encefalico o del cervello stesso, è una condizione  per definire vivente un multicellulare, non ci dobbiamo stupire se il ruolo del sistema nervoso che copre l’omeostasi di tutto l’individuo e che gli fornisce sia gli input sensoriali che gli output di attivazione automatica e non (lo svuotamento della vescica rientra in un sistema autonomo per cui, raggiunto un certo livello di riempimento, scatta un impulso del sistema nervoso autonomo che la svuota. E’ il caso del neonato: ma questi può apprendere a trasferire l’automatismo verso centri di controllo nel telencefalo che gli permettono di regolare lo svuotamento) hanno finito per divenire uno strumento vieppiù rilevante quanto la cerebralizzazione ha “coagulato” una massa di circuiti relativamente indipendenti in una “centralina”, esattamente come avviene per una rete telefonica ove si convogli verso un unico centro le interazioni multiple, rendendo più economiche le reti interattive (nel senso di occupazione spaziale) e più celeri per la minor distanza tra di esse.

Dal libretto di Madeia già citato in precedenza riproduciamo le 3 figure essenziali sulla struttura attuale del cervello di Sapiens: la struttura generale, i circuiti relativi alla ricezione o input (i sensi) e i circuiti relativi all’elaborazione o output (Fig. 1,2,3).

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Abbiamo già percorso la strada evolutiva verso la complessità nell’evoluzione in generale ma, in particolare, con l’avvento dei multicellulari. Abbiamo visto come, pur attraverso un cammino tortuoso con innumerevoli estinzioni e radiazioni, si sia potuto constatare una progressiva riduzione del tasso di riproduzione e un allungamento del periodo di gestazione e di crescita.

Come si esprime tutto ciò in termini neurologici in senso lato? Sempre con l’esplosione del Cambriano (-600 milioni di anni) e in particolare nella scisti di Burgess troviamo un precursore della nascita di quella centralina detta cervello ovvero della concentrazione nell’emisfero cerebrale al di là dei sistemi nervosi gangliari preesistenti. Si tratta della “Pikaia” che illustra un piccolo animale del gruppo dei cordati che, pur non essendo esso stesso un progenitore diretto, dimostra la presenza, già agli albori, della multicellularità come si fosse realizzato un tentativo di coordinamento nervoso in un centro specifico, ovvero l’attualizzazione di un processo che ha avuto le sue origini in quella spugna che, non avendone nessuno, portava tuttavia già le stigmate grazie ad alcune similitudini con i suoi geni apparentati a quelli attualizzati successivamente.

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Innanzitutto va chiarito il concetto di complessità. E’ più complesso quell’organismo la cui risposta a uno stimolo esterno o interno prevede una maggiore plasticità di reazione. Ovvero, a parità di stimolo (appetitivo, aggressivo, associativo ecc.), permette di optare per più mezzi nel raggiungere quel fine derivante dalle due esigenze primordiali ovvero la replicazione e il sostentamento termodinamico. In questo senso possiamo traslare la plasticità comportamentale in termini di sviluppo del numero di neuroni; oppure in termini di rapporto tra gli emisferi cerebrali e quelli dei centri nervosi inferiori nei vertebrati attuali e in funzione della data temporale di apparizione del loro gruppo filetico; o, anche, in termini di un semplice indice di cranializzazione ovvero l’E/Q; o, infine, in termini di circonvoluzioni del telencefalo.

La diversità di complessità si rivela anche analizzando le discrepanze delle sequenze di geni che la più parte delle specie ha in comune. Come, ad esempio, nella sequenza genetica che codifica il citocromo “c” che è un enzima necessario nel metabolismo e che opera nell’ambito del mitocondrio. Fitch e Margoliash hanno elaborato le percentuali che differenziano le sequenze e che sono riportate nella seguente tabella (Tab. 1):

 

tab1

Analoghe operazioni sono state fatte in seguito su altri elementi essenziali dei viventi in particolare con l’RNA ribosomico componente fondamentale per la sintesi delle proteine: i risultati hanno convalidato la struttura di fondo nel paragone tra specie le più disparate.

Cosa ci dice questa analisi differenziale?

1 Gli scostamenti corrispondono a quanto un qualunque osservatore anche inesperto avrebbe fatto nel tentativo di raggruppare intuitivamente i vari fila sulla base delle somiglianze morfologiche superficiali. L’analisi molecolare, quindi, convalida la valutazione morfologica.

2. Se inseriamo l’uomo e lo scimpanzé scopriamo che tra i due fila la differenza sarebbe irrisoria.

3. Il battere si distingue da tutte le altre categorie non solo par la massima distanza percentuale in termini di differenza sequenziale ma anche per l’uniformità della distanza rispetto a tutti i fila.

Ciò ci conferma nel dover separare nettamente l’analisi di un unicellulare procariota da un multicellulare: siamo di fronte a due mondi sia in termini di consumo energetico che in termini di assenza di sistema nervoso (per non citare i condizionamenti fisico-chimici derivanti dal carattere fluttuante della più parte dei procarioti unicellulari)

Restando, quindi, nel mondo pluricellulare e in quello dello sviluppo filogenetico neuronale osserviamo quanto segue (Tab. 2):

 

Tab. 2: Differenze temporali di apparizione tra livelli di complessità neuronale

  Differenze temporali di apparizione tra livelli di complessità neuronale
Geni (n) Δ apparizione Anni   (mio) No. di  Neuroni* E/Q
2. 10.000 (aplisia)

17.800 (nematode)

da procarioti a eucarioti 1.800 Aplisia: 20.000

Nematode: 300

 
3. 30.000 (polpo) da eucarioti a multicellulari invertebrati 1.200 Spugne: 0

Polpo: 300 mio

 
4. 50-100.000 (pesce) da invertebrati a vertebrati 400 Pesce zebra: 10.000  
5. 115.000 (rana) da vertebrati a vertebrati terrestri 180 Rana: 16 mio  
6. 13.600 (mosca)

10.000 (ape)

9.000 (formica)

da vertebrati terrestri a insetti fossili 100 Mosca: 100.000

Ape: 960.000

Formica: 250.000

 
7. da vertebrati terrestri a rettili 150 Lucertola: 300.000  
8. 25.000 (ratto)

200.000 (gatto)

20.000 (elefante)

da rettili a mammiferi 130 Ratto: 21 mio

Gatto: 200 mio

Elefante: 300 mia

0.4

1.0

1.3

9. da mammiferi a primati inferiori 150 Macaco: 6.4 mia 2.1
10. 24.500 (scimpanzé) da primati inferiori a primati superiori 40 Scimpanzé: 8.5 mia 2.4
11. 25.000 (H. Habilis) da primati superiori a ominidi 8 H. Habilis 4.5
12. 25.000 (H. Erectus) da ominidi a Homo Erectus 2.2 H. Erectus: 50 mia 6.5
13.25.000 (Sapiens) da Homo Habilis a Homo Sapiens 2.3    
14. da Homo Sapiens a paleolitico 0.15 Sapiens: 85 mia

. 25 telencefalo

. 5 limbo

. 55 tronco encefalico

7.6
15. da paleolitico a neolitico 0.04    
16. da neolitico a scrittura 0.0034    
17. da scrittura ai Greci 0.00024    
18. dai Greci a Copernico 0.000042    
*mio: milioni; mia: miliardi

(Bibliografia: “Genetics and the making of Homo Sapiens”, Nature 2003)

 

 

1. La definizione “insetti fossili” ha una valenza per quanto riguarda la cronologia di apparizione mentre dal punto di vista illustrativo sono menzionate le strutture di 3 insetti attuali (Formica, Ape e Mosca). Ora, questi 3 insetti datano a circa 280 mio di anni fa e, quindi, con un certo scarto rispetto ai loro progenitori fossili (di circa 100 mio).

2. Lo scopo della tabella è banale: lo sviluppo da un verme a Sapiens in termini di genoma corrisponde a un aumento del 40 % circa mentre in termini di neuroni passiamo da 300 a ottantacinque miliardi! A livello di un mammifero come un ratto passiamo dai 25.000 geni ai 24.000 di uno scimpanzé; praticamente invariati!

3. A livello del genoma non si può non ricordare come tra le specie vi siano differenze significative nei fattori di trascrizione per gene. Sapiens presenta un numero di fattori di trascrizione di 2000 unità superiori a quelli della mosca drosophila. La combinazione tra numero di geni per no. di fattori di trascrizione ci porta a un salto ricombinatorio cumulato tra le due specie di 13.000 (la differenza quantitativa in termini di geni) x 2.000 (differenza nel no. di fattori di trascrizione per gene) = 26 mio. In termini di neuroni passiamo invece da ca. 200.000 per la mosca a 85 mia (senza contare il differenziale in numero di sinapsi per neurone il cui dato sulla mosca non abbiamo potuto rintracciare ma che per Sapiens si colloca a ca. 6000 sinapsi per neurone). La gigantesca sproporzione tra le potenzialità differenziali del sistema neuronale rispetto a quelle genomiche salta immediatamente all’occhio.

4. Il quoziente di encefalizzazione calcolato solo per i mammiferi data la specificità dell’encefalo in questo mega-fila da uno 0.4 (E/Q, ricordiamo, è il rapporto tra volume dell’encefalo rispetto al volume corporeo) per un ratto a 2.4 per uno scimpanzé; a 6.5 per Homo erectus e, finalmente, ai 7.6 di Sapiens. Anche qui troviamo dei rapporti di accrescimento dell’e/q non proporzionali a quelli del genoma: l’elefante, ad esempio, che presenta circa 300 mia di neuroni ovvero quasi 4x quelli di Sapiens ma si ritrova con un relativamente modesto e/q pari a 1/6 rispetto al nostro. La traslazione di tali cifre in termini di “intelligenza” o di “talento” (vedi più avanti la discussione in merito) non può essere fatta se non per identificare dei relativi processi tendenziali che illuminano questioni evolutive di fondo e, in particolare lo scollamento tra genoma e neuronalizzazione. (Il rapporto e/q non è significativo prima dell’avvento dei mammiferi per l’assenza di netta separazione tra encefalo e il sistema neuronale midollare e gangliare)

5. Differenze qualitative tra il tipo di neuroni intraspecie complicano ancora di più la faccenda ma non inficiano le osservazioni tendenziali di base. In particolare, l’osservazione per cui quanto minore è il numero di neuroni tanto minore è la variabilità intraspecifica ovvero la complessità neuronale, svolge un chiaro ruolo nell’individualizzazione nell’ambito della stessa specie. Ciò non solo conferma la progressiva individualizzazione (minore quantità di riprodotti si sostituiscono alla maggiore quantità nella riproduzione ma anche al grado di incidenza sull’anatomia e fisiologia individuale grazie alla ontogeneticamente più lenta e curata formazione del singolo nella prole).

6. Per quanto riguarda il processo di accelerazione tra lo sviluppo neuronale e quello genomico i dati sembrano confermare tale tendenza anche se le periodizzazioni utilizzate nella tabella hanno, naturalmente, dell’arbitrario. Tuttavia, anche qui, è arduo negare l’esistenza di un tale processo facendo astrazione per un certo periodo di relativa stasi che va dai vertebrati terrestri ai primati inferiori.

7. Infine, il Gould rileva come il processo di incremento del rapporto encefalizzazione e resto del sistema neuronale accresce la complessità comportamentale confermando come il raggruppamento del sistema nervoso in generale in una “centralina” corrisponda a un più efficace modo di sintetizzare i vari “input” con gli “output”.

Abbiamo visto il differenziale in termini di sequenze genetiche comuni tra i fila. Abbiamo annotato quanto nello sviluppo filogenetico vi sia stato uno scollamento tra evoluzione in termini di numero di geni e in termini di numero di neuroni e ciò in evidente progressione a favore di questi ultimi.

Vediamo ora come si presenta l’evoluzione del rapporto tra volume degli emisferi cerebrali rispetto al volume dei centri nervosi inferiori presso dei vertebrati attuali e in funzione dell’apparizione dei loro fila corrispondenti:

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L’accelerazione e l’aumento della cranializzazione rispetto agli altri centri nervosi appare lampante. E così, di pari passo, evolve la complessità del comportamento:

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Tornando al nostro E/Q o “encephalization quotient” (rapporto tra dimensione craniale e dimensione corporea) troviamo, ad esempio, un EQ più alto per i carnivori rispetto alle loro prede; un EQ più alto per i fruttivori rispetto agli erbivori; un EQ più alto per le specie con cure parentali per i discendenti rispetto a specie che tali cure non eseguono; ecc. Tutti dati che sono comprensibili anche in termini intuitivi.

Non si può tralasciare l’aspetto cellulare nella costruzione del cervello. Infatti abbiamo a che fare con una cellula particolare rispetto alle altre cellule somatiche. Innanzitutto la massa del neurone è funzione della durata dal momento della comparsa del primo neurone fino alla nascita dell’individuo. Maggiore tale durata maggiore la massa. Un macaco avrà un neurone più massiccio di un gatto e il neurone di quest’ultimo lo sarà ugualmente rispetto a un opossum e analoga discrepanza si conferma rispetto a un roditore. Così si osserva come una specifica proteina allunghi il tempo di nascita del neurone aumentando contemporaneamente il rapporto corteccia con sistema limbico. Come esempio: sono necessari 80 giorni per la nascita di un neurone di macaco e 18 giorni per un topo.

L’altro aspetto rilevante è quello del consumo energetico o metabolismo del neurone. Questi richiede un dispendio in energia pari a 9 volte le altre cellule somatiche. Questi due aspetti ci indicano quanto rilevante sia il neurone e, dunque, il cervello nell’economia dell’individuo. L’efficacia del neurone è pagata sia in termini di gestazione che in termini di consumo. Non si pone qui un problema di selezione Darwiniana dal momento che un prezzo così alto non è immediatamente apparente come “ritorno”? Come può esservi una selezione adattativa di qualche cosa che non appare immediatamente redditizio e che ha un “costo vitale” così elevato? Non essendovi un sapere di sapere non si potrà ipotizzare la presenza di un concetto quale quello dell’”investimento” che richiede una facoltà di analisi a monte su quello che sarà il futuro sviluppo dell’operazione. O no?

La risposta neo-darwiniana è che, appunto, questa “anticipazione” non può non essere di natura casuale e che la selezione naturale opera a posteriori una cernita promuovendo quelle strutture che meglio si rapportano all’ambiente. Così, ad esempio, l’olfatto quale circuito di “input” si è realizzato casualmente ma si è affermato poi per la sua funzionalità rispetto al rapporto tra individuo, le necessità della sopravvivenza e la natura che lo circonda.

L’alternativa è che, invece, la combinazione tra forza cinetica della quale abbiamo parlato all’inizio di questo trattato associata ai sistemi di autoregolazione hanno probabilisticamente indotto la nuova – per allora – funzione dell’olfatto pur essendo la relativa struttura alquanto onerosa in termini energetici. Il neurone inteso anche come cellula ricettiva è condizionata dall’”appreso” ovvero dall’assimilazione dell’esperienza e a questa reagisce. Ma non a posteriori bensì durante il processo ontogenetico. L’esperienza detta la propensione all’emergenza dell’organo se quest’ultimo presenta una valenza rilevante per il funzionamento del tutto. Ma non in senso deterministico: solo nel senso di una propensione esattamente come quando Sapiens procede ad una data operazione senza aver preventivamente analizzato tutte le conseguenze che potranno sorgere in seguito.

Come si configura questo processo e come si può verificare la questione dell’anticipazione di una funzione assai onerosa?

Per quanto riguarda la seconda domanda la risposta risiede nell’osservazione sull’accelerazione della complessità fenotipica e quella neuronale in particolare. Perchè mai una struttura più complessa dovrebbe favorire un ulteriore tasso di complessità con una riduzione dei tempi di emergenza? Ci pare che basti ripercorrere la storia dello sviluppo intellettuale di Sapiens per capire come un analogo processo si sia realizzato nel corso di tutta la storia naturalistica paleontologica. Naturalmente, così come per Sapiens vi è stato un medioevo o delle cadute nel tasso di accelerazione, così per la progressione neuronale si sono presentati momenti di stasi (vedi la tavola no. 2) o di degenerazione. Se vi è un aspetto che indica come l’autoregolazione abbia, oltre alla forza cinetica, determinato la spinta all’accelerazione della complessità questa è sicuramente rappresentata dal sistema neuronale.

Esaminiamo il dettaglio: perchè l’olfatto ha preceduto temporalmente la visione? La risposta è banale: l’ambiente acqueo non permette ad uno strumento quale quello della visione di essere efficace per il controllo dell’ambiente mentre diventa funzionale quando come per i terrestri il filtro del liquido è assente. Dal momento che una primaria esigenza del vivente è quella di interagire con l’ambiente al fine di soddisfare il sostentamento termodinamico non è difficile capire come l’olfatto sia stato una funzione primordiale nel discriminare ciò che con il proprio organismo è compatibile e ciò che non lo è. Una controprova la abbiamo nella ridotta capacità olfattiva di Sapiens dal momento che tale funzione è sostituita dalla conoscenza acquisita filo- e ontogeneticamente quale cibo o liquido si confà al proprio organismo.

Come è nato allora l’olfatto? La sua collocazione in prossimità della bocca  la dice lunga. Le cellule nervose periferiche hanno funzionato da ricettori che collegati con la struttura digestiva hanno man mano permesso di costruire quel filtro selezionante memorizzatore che grazie alla proteina CREB ha portato a sommare le esperienze fatte ontogeneticamente e divenute, successivamente, genetiche. La nascita dell’organo stesso deve essere quindi legato ad un processo epigenetico sulla cui biologia ci soffermeremo in un apposito capitolo. Ma la funzione dell’olfatto non può prescindere dalla ancor più primitiva funzione del tatto ovvero di quelle cellule ricettrici che identificano la presenza di un corpo estraneo o che che rivelano scompensi nel sistema organico interno segnalando tramite dolore e/o paura disfunzioni dello stesso. L’interazione, a questo punto, è quella tra due tipi di ricettori che si coordinano a vicenda. Il processo stesso di coordinamento significa una continua regolazione che, a sua volta, significa un riordinamento dei circuiti neuronali dai più elementari ai più complessi. Se, allora, la forza cinetica originale si combina con il costante aggiornamento autoregolante avremo quella spinta alla complessità tramite l’apprendimento che il coordinamento implica per definizione. Questo coordinamento è ciò che rende lo sviluppo un cambiamento nel senso totalizzante dal momento che un sistema che comporti contraddizioni interne non può essere funzionante anche se sistemi parzialmente funzionanti possono operare ugualmente come sappiamo dalla storia di tutte le realizzazioni di Sapiens. L’aspetto totalizzante delle trasformazioni rende superato il problema della co-estensività. L’autoregolazione risistema il tutto ed il successivo intervento della selezione naturale coinvolge il fenotipo nella sua interezza. Una specifica funzione può emergere solo se compatibile con l’omeostasi dell’insieme. Questa, in sintesi, è la descrizione delle trasformazioni fisiologico-anatomico-comportamentali che riposano, tuttavia, sull’esistenza di processi biologici epigenetici affinchè si possa assicurare la transgenerazionalità del vissuto ontogenetico.

Cosa ricaviamo da quanto precede?

1. Lo sviluppo del sistema nervoso sempre più centralizzato vicino ai centri di ricezione sensoriale (vista, udito, ecc.) trascende le vicissitudini delle singole specie con le loro estinzioni e radiazioni.

2. Lo sviluppo della “centralina” detta cervello tende, con l’avvento dei mammiferi, a beneficiare la parte telencefalica rispetto a quella del tronco encefalico.

3. Nell’evoluzione neuronale onto- e filogenesi si sovrappongono in modo stupefacente. Da questo specifico punto vista la tesi Haeckeliana presenta, a nostro modo di vedere, un interesse notevole: se anziché essere una grossolana ripetizione dello sviluppo filogenetico quello ontogenetico non fosse altro che un predittore della filogenesi a venire? E, se, addirittura, la convergenza genetica non fosse altro che la registrazione o fissazione di una convergenza fenotipica e il propulsore dell’innovazione riposasse interamente sull’intenzionalità implicita in un circuito neuronale coordinatore del fenotipo? Se allora il genotipo non rappresentasse altro che una struttura utile alla continuità del fenotipo ma che solo quest’ultimo porterebbe alla sua modifica? E, qualora così fosse (rovesciando il paradigma Crickiano per cui è il gene che realizza le proteine ma non viceversa), non avremmo, con la sempre maggiore articolazione delle reti neuronali un filogeneticamente maggior distacco tra fenotipo e genotipo quest’ultimo subendo sempre più l’impatto dell’intenzionalità del primo?

L’obiezione chiave del discorso di Fodor/Piattelli Palmarini si può identificare a pagina 121 del loro libro su “What Darwin got wrong”: “Se i geni fossero dei sistemi intenzionali o se esistesse una madre natura che seleziona con un fine specifico allora sarebbe fattuale quali tratti sono selezionati e quali sono semplicemente co-estensivi….la brutta notizia è che madre natura è un’astrazione e le astrazioni non possono selezionare delle cose. (e, diciamo noi, tanto meno dei geni)”. Il punto è tutto qui: se i geni fossero dei sistemi intenzionali o se madre natura avesse una mente e quindi un criterio di selezione. Ma né l’uno né l’altro possiedono questa proprietà. Un cervello però si. E se il cervello è il perfezionamento di un lungo processo di acquisizione e sviluppo di sistemi neuronali più elementari, questi ultimi possono aver questa proprietà di intenzionalità anche se a livello più limitato. Ma ciò, nuovamente, ci riporta a rovesciare il paradigma: è il fenotipo che, nel tempo, trascende il genotipo quale struttura portante e non viceversa. Con buona pace per i controfattuali che esistono allora già in un circuito primitivo. E’ una nostra pregiudiziale homo-centrica che ci impedisce di riconoscere un sapere quando non vi è sapere di sapere.

Dal momento che i circuiti neuronali si caratterizzano con sequenze interattive che variano in continuazione in funzione degli stimoli esterni ma anche interni (un problema che si pone ad esempio tra una reazione emotiva del sistema limbico e una considerazione utilitaristica elaborata dal telencefalo trascina con sé la necessità di arrivare a una decisione che si baserà a sua volta su dei controfattuali che costituiscono di conseguenza delle nuove interazioni sinattiche ovvero potenzialmente dei nuovi sub-circuiti a livello della memorizzazione) dobbiamo nuovamente chiederci se il determinismo genomico – operatore lento per definizione – non perda in rilevanza con l’aumento della complessità. La dissociazione che abbiamo già osservato nella relativa modesta crescita in termini di numero di geni rispetto all’accelerazione in termini di neuroni non costituisce un ulteriore elemento per porre dei quesiti sulla progressiva dissociazione tra l’elemento filogenetico per eccellenza – il genoma – e la fisiologia per lo meno dal punto di vista neuronale? Un buon esempio ci può venire guardando alla discrepanza evolutiva tra la vecchia generazione pre-digitale e quella nuova. La trasformazione informatica degli ultimi venti anni non ha spiazzato le generazioni che non hanno potuto partecipare in giovane età all’apprendimento della rivoluzione tecnologica? Se questo evento esprime un rapporto conflittuale tra circuiti neuronici preesistenti e la formazione di nuovi circuiti non più memorizzabili in quanto non appresi in giovane età ovvero un conflitto tra due livelli ambedue neuronali non appare come ancora più evidente la problematica se mettiamo in conflitto il livello fisiologico neuronale con la sua specifica plasticità di breve termine e l’operatore di lungo termine qual è il genoma? Non ritroviamo in questo conflitto qualcosa che, nelle sue conseguenze estreme chiamiamo cultura ovvero una modalità che separa il prodotto del produttore di circuiti neuronali dalle fondamenta sulle quali si è costruito nel tempo il produttore stesso? I livelli di analisi non diventano allora incompatibili? Si può seriamente sostenere che i rapporti tra un determinismo genomico e un fegato sono equiparabili a quelli che intercorrono con un sistema neuronale? E dal momento che quest’ultimo ha iniziato ad abbozzarsi già nel Cambriano, ma ha preso la direzione di un accrescimento della centralina con l’avvento degli uccelli verso i meno 150 mio di anni, non possiamo immaginare che tale discrepanza di velocità operativa abbia fatto sentire subito i suoi effetti anche se in tono minore già in tempi remoti? Secondo una ricerca effettuata dalla West Virginia University è verso i 90 milioni di anni addietro che il cervello avrebbe fatto la sua apparizione presso delle forme di parassitismo divenute successivamente degli insetti. Le api e le formiche come sappiamo espletano la loro attività quotidiana nel procurarsi il cibo con sequenze che hanno dello strabiliante per ingegnosità anche per un Sapiens (Le formiche che raccolgono del fogliame per ricoprire un sito ove crescono dei tuberi di cui sono ghiotte e che, così facendo, “fanno della selezione alla stregua di un agricoltore” è un esempio fra tanti). Questi insetti hanno un quoziente di neuronalizzazione – rapporto tra no. di neuroni e volume del corpo – estremamente elevato. Pare intuitivo pensare che l’evoluzione del numero di neuroni e, quindi, delle sinapsi non ha proceduto sincronicamente con l’ampliamento genomico relativo al resto della struttura che presenta notevole prossimità con quelle rilevate nel Cambriano e cioè 600 milioni di anni prima. Ancora una volta: è irragionevole pensare il cervello quale un genoma accelerato e il genoma un cervello rallentato?

 

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Giovanni Hausmann

Comments

  1. Cercare di collegare in qualche modo,nello sviluppo filogenetico di un sistema nervoso ,il numero di neuroni al numero di geni,mi sembra una forzatura che non ha senso.
    Il “cervello”degli insetti se così possiamo chiamarlo,anche se è dotato di neuroni di una certa complessità è da considerarsi più un automatismo che un vero cervello,dove si,in questo caso l’informazione genetica gioca un ruolo determinante nella formazione dei circuiti “cerebrali”.
    Nel caso della formazione della neocorteccia che rappresenta la parte sostanziosa del cervello,il numero dei geni non ha nessun legame con le sue proporzioni e la sua complessità.L’informazione genetica contenuta nel DNA è data dalla struttura dei geni e dai tempi della loro espressione,tempi che assumono un’importanza sempre maggiore con l’aumentare della complessità di un organismo,e questo è ancora più valido nell’assemblaggio di un organo come il cervello che si forma per ultimo.
    La neocorteccia si assembla a partire da un numero limitato di nuclei nervosi originari,che hanno dei precisi tempi di formazione e che fanno parte di due circuiti principali,questi nuclei da una parte sono collegati all’insula embrionale che attraverso il claustro riceve informazioni dallo striato e dall’amigdala,dalla parte opposta chiudono il primo circuito attraverso il talamo e il secondo attraverso l’ippocampo.Una volta che l’embrione ha formato questi circuiti,tutte le aree cerebrali dovrebbero formarsi solo sotto lo stimolo del segnale elettrico dato dai neuroni in attività e da quelli che si attiveranno successivamente.L’ippocampo e il subiculum,in questa fase hanno come compito principale la sincronizzazione delle frequenze delle diverse strutture nervose che concorrono alla formazione della corteccia,rendendo in questo modo possibile un dialogo reciproco,sebbene ancora privo di informazioni, tra le varie aree corticali.Di conseguenza ai geni resta solo un ruolo marginale,direi quasi da spettatori.
    Nei tentativi dei ricercatori di sostituire i neuroni lesionati in maniera irreparabile in una lesione spinale,con delle staminali che prendano il loro posto,mi sembra di capire che ci si aspetti che queste nuove cellule abbiano al loro interno delle istruzioni genetiche capaci di inserirle tra due precisi punti del sistema nervoso(una specie di navigatore genetico),ma purtroppo questo navigatore funziona solo nel periodo dello sviluppo embrionale dove la sinapsi elettrica guida i neuroni nella formazione,e di conseguenza nel collegamento,dei nuclei del sistema nervoso.
    Si è arrivati al cervello umano in due tappe fondamentali;La prima filogeneticamente antica può anche essere un esempio di come il DNA aumenti in modo fisiologico la propria complessità è crei parallelamente nuove strutture,in questo caso l’olfatto,che dovrebbe essere considerato come un sistema nervoso aggiunto o secondario,che ha permesso inizialmente il formarsi di un nucleo nervoso,o corteccia primitiva,la quale ha posto le basi per la nascita di nuovi nuclei corticali,l’insieme di questi hanno dato vita a un nuovo tipo di corteccia,cioè la neocortex a sei strati.La seconda tappa fondamentale,evolutivo ambientale,riguarda l’aumento delle dimensioni dell’area corticale visiva primaria nel nostro predecessore dovuto esclusivamente al tipo di vita arboricola che conduceva,che ha permesso il successivo sviluppo di nuove aree cerebrali.Queste nuove aree potrebbero essersi formate anche con l’aiuto di esclusive condizioni ambientali che hanno favorito la lateralizzazione degli emisferi.
    Tutto questo è avvenuto nonostante il nostro predecessore non sia mai stato condizionato a svolgere per lunghi periodi un tipo di vita completamente arboricola come le scimmie attuali.Ritengo infatti molto difficile un’involuzione delle ossa del piede anche in presenza di un aumento considerevole delle dimensioni dell’organismo.
    Cercare di capire l’evoluzione del DNA senza conoscere prima come la cellula riesca ad estrarne le informazioni che le interessano mi sembra un esercizio di pura fantasia,una specie di gossip scientifico.
    E proprio facendo un po’ di gossip forse tutto si potrebbe spiegare e andrebbe a posto,nell’evoluzione, nella decifrazione e nella manipolazione del DNA da parte della cellula,se si mettesse in discussione il legame chimico.
    Bisognerebbe considerare valido solo il legame chimico che esiste fra due elementi,quello fra tre o più elementi lo si può considerare in un altro modo e chiamare legame molecolare.
    Si dovrebbe vedere l’energia di un elettrone non più concentrata in un punto,ma sempre presente e distribuita in uno spazio simmetrico al baricentro dell‘atomo.
    In pratica,non esisterebbero le particelle elettroni che orbitano attorno ad un nucleo ma solo la loro particolare energia,distribuita in maniera simmetrica nello spazio radiale
    al baricentro dell’atomo,questa densità energetica simmetrica è legata al numero di nucleoni(tutti uguali)e alla loro posizione all’interno del nucleo atomico,e caratterizza ogni elemento.
    In questo modo l’energia potrebbe circolare all’interno della molecola,stabilizzare e livellare tutti i legami,con una visione del genere cambierebbe tutto il panorama della genetica molecolare.
    Si potrebbe pensare che esista un doppio codice binario energetico che crea un gran numero di livelli energetici(le proteine),che a loro volta all’interno del nucleo creano livelli energetici di livello superiore;in un ambiente simile magari i cromosomi possono lavorare in parallelo.
    Si potrebbero considerare i telomeri non solo come dei fine corsa,ma anche come delle riserve energetiche necessarie a rendere più precise da parte della cellula,la lettura e tutte le ricombinazioni alle quali è sottoposto il DNA.
    Da queste considerazioni sarebbe anche più intuitivo trovare lo spunto per capire l’evoluzione del DNA,sempre facendo un po di gossip naturalmente.
    Si potrebbe pensare che il DNA per sua natura cerchi e trovi la complessità,e che la complessità strutturale organica che ne deriva sia molto più semplice di come viene percepita.
    Non bisogna dimenticare che il DNA a partire dalla sua nascita ha pensato esclusivamente alla propria sopravvivenza,e per continuare a fare questo ha dovuto creare le condizioni per diventare un parassita.Ha aumentato la propria complessità restando in equilibrio energetico tenendo la membrana cellulare come riferimento,successivamente negli eucarioti ha avuto anche il secondo riferimento della membrana nucleare.
    Il cervello umano e la percezione della coscienza che questo produce sono il risultato finale di un lungo percorso dove il DNA ha costantemente sfruttato questa sua caratteristica innata iniziale.
    La massima produzione e selezione di complessità del DNA dovrebbe avvenire nel periodo compreso tra,l’inizio della produzione e formazione di una riserva di ovociti primari da parte del feto e la selezione finale degli ovuli da portare a maturazione,tutto questo non è casuale come pescare un numero del lotto.Il crossing-over nella fase di meiosi e la formazione dei gameti maschili e femminili dovrebbero avere un ruolo minore nella creazione di nuova complessità nel DNA.
    Tutto questo ha portato alla creazione di lunghe sequenze ripetitive di DNA che possono aver modificato i tempi dell’espressione genica,durante tutta la filogenesi possono avere dilatato le strutture primitive presenti,creando dei vuoti spaziali e temporali che venivano riempiti in modo automatico da cellule affini alle precedenti,formando così strutture e organi sempre più complessi.
    Con un approccio così fantasioso si può anche credere che la micro e la macro natura abbiano creato un organo talmente complesso da rendere un individuo cosciente senza bisogno di interventi soprannaturali.
    Forse ho esagerato con la fantasia,ma la mia posizione e il mio titolo di studio piuttosto basso mi danno la possibilità di fare dei”voli di fantasia”senza rischiare di rimetterci la reputazione,al contrario di molti addetti ai lavori.
    Al massimo qualcuno mi darà dello spostato.

    Fiorenzo Masotti

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