Ecco il gene dei fringuelli che dà ragione a Darwin

Un doppio sistema di segnali cellulari modella il becco in base alle necessità. IL RESPONSABILE La modulazione del gene Bmp4 determina lunghezza e spessore

Quando, nel settembre del 1835, Charles Darwin sbarcò nelle Galápagos, un arcipelago di 19 isole principali e innumerevoli piccoli isolotti, situato circa mille chilometri ad Ovest dell' Ecuador, ancora non poteva prevedere di aver fortuitamente scoperto quello che ancora oggi costituisce storicamente il più ricco laboratorio naturale per lo studio dell' evoluzione delle specie. Darwin raccolse numerosi esemplari di svariate specie, inclusi svariati campioni di fringuelli, allo stesso tempo sufficiente simili e sufficientemente diversi da aguzzare poi il suo ingegno nella ricerca di un possibile antenato comune. La notevole diversità della forma e delle dimensioni del becco attrasse in particolar modo la sua attenzione. Sospettò, a ragione, che le diverse forme e dimensioni del becco fossero correlate con le diverse abitudini alimentari. Oltre un secolo dopo, i coniugi Peter e Rosemary Grant, inglesi di origine e attualmente ambedue professori a Princeton (insigniti di vari premi scientifici, incluso, a Milano, il Premio Balzan 2005), dopo anni di attenti studi ecologici, genetici e comportamentali effettuati «in diretta» sulle Galápagos, confermarono che i becchi spessi e robusti consentono alle specie di fringuelli che ne sono dotati di nutrirsi di spessi e coriacei semi, mentre i becchi lunghi e sottili consentono alle distinte specie di fringuelli che li portano di snidare vermi e altri insetti da piccoli anfratti. Nel loro bel libro divulgativo con Jonathan Weiner «Il Becco del Fringuello» (edizione italiana Mondadori) raccontano come la suddivisione in 14 sotto-specie sia stata rapida, a partire da un comune antenato terragnolo ecuadoriano, circa un milione di anni fa, sospinta da una serie di segregazioni riproduttive, conseguenza della separazione fisica tra le isole, della diversità del cibo disponibile in ciascuna, e di una selezione sessuale basata sulle diverse preferenze delle femmine per le melodie del canto in diverse popolazioni di fringuelli. A questo punto entra in scena il prodotto di un gene specifico, denominato Bmp4, una proteina ormai ben nota per essere potentemente implicata nella costruzione delle ossa del muso e nello sviluppo dei denti (o del becco) in una grandissima varietà di specie (dai pesci ai mammiferi, passando, appunto, attraverso gli uccelli). In un lavoro, pubblicato su Science insieme a Arkhat Abzhanov e Clifford Tabin, del laboratorio di biologia dei sistemi della Harvard Medical School, capitanato da Marc W. Kirschner, i coniugi Grant adesso non solo confermano che la modulazione nell' espressione di questo gene plasma lo spessore e la larghezza del becco, ma che un secondo sistema di segnali cellulari, legato alla modulazione della concentrazione di calcio, determina separatamente la lunghezza del becco, indipendentemente dalla sua larghezza e dal suo spessore. Impiantando opportune modifiche genetiche e biochimiche in embrioni di pollo (si noti bene, di pollo, in una famiglia del tutto distinta da quella dei fringuelli) hanno confermato sperimentalmente che è possibile far variare a piacere e separatamente le diverse dimensioni della parte superiore del becco. Più sorprendente ancora è stato constatare che la parte inferiore del becco, le ossa della testa, il collo, i nervi e i muscoli si plasmano docilmente, di conseguenza, sposando questi cambiamenti. Nel corso degli ultimi anni, in natura e in laboratorio, simili fenomeni di coordinazione tra forme e funzioni hanno mostrato che la modulazione nell' espressione di un singolo gene può spesso avere effetti collaterali, ben armonizzati, su molteplici forme e funzioni. Cade, così, una delle tradizionali obiezioni alla teoria dell' evoluzione: che occorrerebbero troppe mutazioni genetiche indipendenti per generare cambiamenti coordinati di interi sistemi di forme e funzioni. A volte, invece, si è visto che basta un solo cambiamento genetico ereditabile affinché un intero sistema di forme e funzioni «sposi» tale cambiamento. Il termine «genetica di sistemi» acquista, quindi, un senso pieno e preciso. Infine, nel caso dei fringuelli delle Galápagos, una sola modulazione sarebbe bastata per plasmare il becco, eppure si è verificato che ne esistono ben due, indipendenti. Come spiegarlo? Kirschner, Tabin e colleghi suggeriscono che una maggiore variabilità in quanto tale conferisca un vantaggio evolutivo. La loro parola d' ordine è «evolvability», cioè una sorta di premio darwiniano che madre natura conferirebbe agli organismi capaci di sviluppare rapidamente molte forme diverse attraverso le generazioni successive. Questa storia modello mostra quanti preziosi insegnamenti sanno trarre da un singolo caso degli occhi scientifici aguzzi, specie se abbinati a una paziente metodicità, e all' intuito originario di una mente come quella di Darwin.