Eco-Devo. Ambiente e Biologia dello Sviluppo [Scott - Piccin Editore]

PREFAZIONE Negli ultimi anni, in biologia, si è verificata una rivoluzione silenziosa guidata da tecnologie innovative, sviluppate nell’ambito della biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo e in ecologia, che hanno aperto un baratro tra la biologia del ventesimo secolo e quella del ventunesimo. Questa rivoluzione non è andata nella direzione attesa. Invece che confermare e approfondire quanto era già noto, le nuove tecnologie hanno permesso di rivelare nuove modalità di ereditarietà, sviluppo ed evoluzione. È stata una lezione di umiltà. Molto rimane ancora da scoprire e molti assunti riguardo ai meccanismi di sviluppo, ereditarietà, fisiologia, patologie ed evoluzione verranno probabilmente messi in discussione negli anni a venire. L’ecologia dello sviluppo, o ‘eco-devo’, disciplina che studia i meccanismi tramite cui l’ambiente interagisce con gli organismi in via di sviluppo producendo nuovi fenotipi, e indaga come queste interazioni possano determinare l’insorgenza di patologie e influenzare le traiettorie evolutive, si è originata in tale contesto. L’ecologia dello sviluppo è una disciplina potenzialmente in grado di modificare la concezione attuale della vita, come in passato è avvenuto per le teorie dell’evoluzione, della cellula e dei geni. Tra le nuove idee che dovranno essere integrate nel nostro modo di concepire ereditarietà, sviluppo, evoluzione e salute, si possono ricordare: • Simbiosi. Una volta ritenuta un’eccezione alla regola della vita, alla simbiosi viene oggi riconosciuto un ruolo di primo piano, in particolare per i processi di sviluppo ed evoluzione. Gli organismi funzionano, si sviluppano e si evolvono come consorzi di individui. • Plasticità dello sviluppo. Anch’essa considerata un’eccezione, la plasticità dello sviluppo è invece ubiquitaria. Un singolo genoma può dare origine a diversi fenotipi, a seconda delle condizioni ambientali. • Epialleli, modificazioni del genoma indotte dall’ambiente. In passato ritenute impossibili, tali modificazioni della cromatina indotte dall’ambiente non solo esistono, ma possono essere trasmesse per via ereditaria per molte generazioni. Queste nuove scoperte influenzano il nostro modo di vedere il mondo: • La biologia evoluzionistica dovrà integrare la genetica con i concetti di epialleli, simbiosi e plasticità, implementando così una nuova teoria delle origini e del mantenimento della biodiversità. • La suscettibilità alle malattie, in particolare cancro, diabete, asma, autismo e obesità, potrebbe essere determinata da tossine ambientali, plasticità dello sviluppo, combinazioni particolari di simbionti o epialleli. Anche le moderne nozioni riguardo alle patologie dovranno essere modificate. • I cambiamenti climatici globali e gli interferenti endocrini stanno influenzando lo sviluppo e il comportamento degli organismi. I principali effetti di questi agenti ambientali sono cambiamenti nei simbionti, limitazioni alla plasticità e la produzione di epialleli. La prima edizione di questo testo è stata pubblicata diversi anni fa e quanto scritto sopra forma una parte importante di questa nuova edizione. Il testo è suddiviso in quattro parti. La prima riguarda le modalità tramite cui gli organismi in via di sviluppo interagiscono con l’ambiente e si concentra sui tre meccanismi dello sviluppo citati sopra: plasticità dello sviluppo, modificazioni epigenetiche ereditabili e simbiosi. Nella prima sezione si vedrà come lo studio di tutti questi fenomeni sia fondamentale per comprendere come si genera la variabilità fenotipica. In tutti i casi presentati l’ambiente contribuisce in maniera importante a determinare le traiettorie dello sviluppo. La seconda sezione analizza come l’ambiente può alterare lo sviluppo. In primo luogo, vengono considerate le strategie utilizzate per proteggere l’embrione prima che questo sviluppi un sistema di difesa maturo, e come i cambiamenti climatici siano in grado di aggirare alcune di queste strategie. I capitoli successivi analizzano le modalità con cui alcune sostanze chimiche – teratogeni e interferenti endocrini – influenzano lo sviluppo; gli ultimi due capitoli mostrano come i segnali ambientali possano predisporre un organismo in via di sviluppo a sviluppare patologie nel corso della vita adulta. La terza sezione del volume espone una nuova sintesi evoluzionistica. Chiamata Sintesi Estesa, “eco-evo-devo” o “sintesi dello sviluppo”, essa cerca di integrare nella biologia evoluzionistica le interazioni tra geni, ambiente e sviluppo (che creano variabilità) e le pressioni selettive necessarie affinché avvenga l’evoluzione. Questo processo parte dalla biologia evoluzionistica classica, passa attraverso la biologia evoluzionistica dello sviluppo e, su queste basi, costruisce l’“eco-evo-devo”. Alla fine del volume si trovano una Coda a carattere filosofi co e una serie di appendici che approfondiscono alcuni aspetti storici, filosofi ci e scientifici discussi nel corso del testo. Il libro tratta anche alcune tematiche di carattere politico. Sarebbe infatti insensato parlare di scienza moderna senza tenere conto di finanziamenti, legislazione e considerazioni economiche e ideologiche. Dato che viviamo in un mondo caratterizzato da una rapida perdita di biodiversità, da un aumento improvviso delle malattie non infettive e dal collasso delle comunità ecologiche, l’ecologia dello sviluppo ha un’importanza fondamentale. Quando abbiamo sottoposto i capitoli ad una revisione esterna, ci siamo accorti che non eravamo gli unici a pensarla così. Uno dei revisori, definendo l’ecologia dello sviluppo “al momento attuale, la più importante delle discipline scientifiche” ha osservato che: L’ecologia non è preparata ad analizzare i problemi del mondo moderno a livello molecolare, la genetica non possiede le basi delle interazioni a livello di tessuto, mentre la biologia dello sviluppo possiede tutti questi strumenti ma sta iniziando solo ora a prestare attenzione a ciò che avviene al di fuori della cellula o dell’individuo. L’ecologia dello sviluppo riassume tutti questi approcci e tutti noi, per proteggere il nostro pianeta, abbiamo un grande bisogno di studiare questa nuova disciplina. L’ecologia dello sviluppo integra biologia molecolare, ecologia, biologia dello sviluppo, biologia evoluzionistica, fisiologia, biologia cellulare e genetica in una disciplina sinciziale che, a nostro avviso, costituirà il fulcro della scienza del ventunesimo secolo. Questo libro è pensato sia per studenti sia per i colleghi scienziati. Il volume è anche rivolto agli specialisti che volessero apprendere come la loro particolare disciplina interagisce con le altre scienze biologiche. Speriamo che gli esempi qui presentati riescano a rafforzare il senso di meraviglia dei biologi nei confronti del mondo e che allo stesso tempo costituiscano un punto di partenza per parlare di integrazione tra aree differenti della biologia e della relazione tra biologia e politica. Anche se nella stesura di questo libro abbiamo cercato di adottare un approccio di carattere integrativo, ci rendiamo conto di essere ancora profondamente legati alla storia e a quanto abbiamo appreso nel passato. Speriamo quindi che gli studenti universitari possano trovare ancora nuove connessioni e formulare ulteriori sintesi, e che riescano a scovare relazioni mai immaginate prima. Infi ne, speriamo che le idee contenute in questo libro propongano un nuovo approccio alla natura, lo stesso approccio esemplificato nell’insegna che accoglie i visitatori all’ingresso della biblioteca del Woods Hole Marine Biology Laboratory, che ci ricorda che dobbiamo “Studiare la natura, non i libri”. La capacità di improvvisazione dello sviluppo ci coglie continuamente di sorpresa. La fotografi a, inviataci dal Dott. Bill Bates, un amico di entrambi gli autori, raffigura delle ovature di rospo all’interno di un piccolo stagno nel nord dell’India. Lo “stagno” è in realtà semplicemente dell’acqua che ristagna in un’impronta di elefante. Chi avrebbe mai immaginato che l’elefante sarebbe stato fondamentale affinché il ciclo vitale del rospo si completasse? Come ha detto il Dott. Ian Malcolm in Jurassic Park: “Dico semplicemente che la vita vince sempre”.