Simbiosi.

Da milioni di anni le piante affrontano le difficoltà dell’ambiente unendo le forze con altri organismi del suolo … Non c’è pianta in natura che non conviva con molteplici specie di batteri e funghi filamentosi … Molti coinquilini non sono dannosi ma innocui o addirittura benefici e in alcuni casi danno origine a relazioni stabili con le piante dette simbiosi mutualistiche (associazioni tra individui di specie differenti che producono un vantaggio reciproco per gli individui associati) … La colonizzazione delle terre emerse da parte delle piante fu possibile grazie a funghi simbionti che permisero alle piante di esplorare il terreno a caccia di minerali, in cambio di zuccheri (prodotti grazie alla fotosintesi) … Lo scienziato tedesco Albert B. Frank definì questa interazione pianta-fungo simbiosi micorrizica (fungo + radice) … Negli anni si è capito che micorrize (associazione simbiotiche tra fungi e piante) e noduli radicali non sono eccezioni ma la regola … infatti coinvolge più dell’80% delle piante terrestri e più di 600 specie di funghi … Per questa ragione si dovrebbe dire che la maggior piante delle piante non ha radici, bensì micorrize  … I funghi micorrizici sono importanti per migliorare la resa delle colture limitando l’uso di pesticidi e fertilizzanti.

(Paola Bonfante, Elisa Dell'Aglio e Veronica Volpe --- Gli invisibili compagni delle radici ... da Le Scienze- Febbraio 2016 ---)

La nostra unità di base (seconda parte)

… Come gli esseri umani, anche le cellule devono nutrirsi per sopravvivere e la maggior parte del loro nutrimento è utilizzata per ricavare energia (che proviene da quella accumulata nei legami chimici che tengono insieme atomi come l’ossigeno e l’idrogeno nelle molecole degli zuccheri, dei grassi …), mentre una parte servirà a costruire nuove proteine e altre molecole. Il loro nutrimento, che proviene da ciò che mangiamo, è il loro carburante di base …  Le cellule animali, come quelle umane, generano energia dalla scomposizione del cibo combinata con l’ossigeno, mentre le piante sfruttano la luce solare. Nelle cellule animali, la fabbrica per la produzione di energia contiene strutture speciali, i mitocondri, che producono fonti di energia, principalmente la molecola di ATP, la moneta energetica della cellula. Gli esseri umani mangiano e respirano principalmente perché le cellule possano produrre ATP … Per rilasciare energia, l’ATP si libera di uno dei suoi tre gruppi fosfati e si trasforma in ADP, che può ritornare a trasportare energia grazie all'intervento dei mitocondri, che ripristinano il gruppo fosfato in seguito alla scomposizione dei cibi, come gli zuccheri … La produzione di ATP da parte dei mitocondri è un processo che avviene oramai da miliardi di anni e si basa sul trasporto degli elettroni attraverso la membrana … Una caratteristica importante della vita è la morte. La morte della cellula avviene quando cessano tutte le sue funzioni essenziali … Quasi tutte le cellule umane hanno sviluppato anche un meccanismo di morte per suicidio (che è molto diversa da quella per trauma, che provoca la fuoriuscita dei contenuti cellulari che possono causare un’infiammazione), chiamata apoptosi. È un programma previsto da tutte le cellule umane, fatta eccezione per i globuli rossi che sono privi di nucleo. Quando il programma si attiva, la cellula si riduce e le strutture interne si disintegrano per l’azione speciale di enzimi suicidi … Per fortuna l’apoptosi si attiva solo quando le cellule non servono più, o se rappresentano una minaccia per l’organismo, ad esempio, quando diventano cancerose.

(Lewis Wolpert --- La vita segreta delle cellule ---)

La nostra unità di base (prima parte)

Ogni essere umano è una società costituita da miliardi di cellule … Deriviamo tutti da un’unica cellula, l’ovulo fecondato … Le cellule sono la base di ogni forma di vita, dalle migliaia di batteri ai milioni di piante e animali … Ma a dispetto delle loro dimensioni sono gli elementi più complessi dell’universo … Non c’è essere vivente che non sia composto di cellule, dalle lumache, agli elefanti, alle rose … Ogni cellula è circondata da una membrana sottile e flessibile che controlla ciò che vi può entrare e uscire … All'interno di ogni cellula ci sono due aree principali: il nucleo e il citoplasma. Nel nucleo, che assomiglia a un disco pianeggiante, si trova il codice del DNA, che determina la sequenza di amminoacidi delle nostre proteine, le quali si formano nell'area intorno al nucleo (citoplasma). Nel citoplasma si trovano delle strutture a forma di salsiccia, i mitocondri, che forniscono l’energia alla cellula … Di tutte le funzioni cellulari, la più importante è certamente la produzione di nuove cellule mediante l’aumento delle dimensioni e la successiva divisione in due … Tutte le strutture e le molecole devono essere suddivise tra le due cellule figlie. Per questo motivo, il volume della cellula aumenta notevolmente, anzi raddoppia, prima della divisione . Il DNA contenuto all’interno del nucleo deve essere replicato … La tempistica degli eventi che caratterizzano il ciclo cellulare è in gran parte controllata da speciali proteine chiamate cicline … Più la cellula si divide, più corti diventano i telomeri (parti terminali dei cromosomi) e, una volta esauriti, la replicazione (meccanismo di duplicazione di una copia esatta di DNA) del DNA non è più possibile. Questa potrebbe essere una delle cause dell’invecchiamento … Ognuna delle cellule figlie deve ricevere una serie di geni identici a quella della cellula madre … Una caratteristica basilare della vita è il mantenimento dell’ordine all’interno della cellula, che significa a far crescere e sintetizzare nuove molecole e provvedere all'energia necessaria per questi processi … Mantenere l’ordine e prevenire il decadimento e il tracollo nel caos richiede energia … La seconda legge della termodinamica afferma che la materia tende sempre a un incremento del disordine … Tutti i sistemi tendono alla casualità, a meno che non si utilizzi energia per impedirlo … 

(Lewis Wolpert --- La vita segreta delle cellule ---)

La macromolecola non ripetitiva.

Che differenza c’è tra un essere vivente e un non vivente? Ci sono varie caratteristiche a cui possiamo appellarci per tracciare un confine tra vivente e non vivente: gli essere viventi sono degli autoreplicanti (si autoriproducono perché scambiano costantemente energia con il loro ambiente, trasformandola) … il metabolismo è un’attività tipica dei viventi … la maggiore complessità … Tuttavia, queste caratteristiche sembrano essere differenze di superficie, da sole, non sufficienti a costituire una spiegazione soddisfacente … È stato un fisico, l’austriaco Erwin Schrodinger (1887-1961) che, nel 1943, avanzò una congettura che si è poi rilevata corretta: è la struttura aperiodica del materiale genetico a fare da spartiacque tra i cristalli (corpi solidi) che troviamo nei sistemi viventi e quelli che compongono i non viventi … Mentre il sale marino (disposizione molecolare ordinata) ha una struttura chimica il cui schema ritroviamo sempre identico in ogni cristallo di sale, il DNA ha una struttura aperiodica. Cioè sappiamo quali sono i suoi mattoni, ma ogni sequenza cromosomica è una storia a sé … Quindi il tratto distintivo è da rintracciare nei geni (i portatori dei caratteri ereditari), nella loro struttura molecolare (non ripetitiva, l’unico modo per conservare e trasmettere grandi quantità di informazioni), che presenterebbe una caratteristica unica nel mondo naturale: un gene è un cristallo aperiodico … Una serie aperiodica è una serie in cui certi numeri (o geometrie) si susseguono senza una configurazione (pattern) identificata … Sono periodiche le sequenze AAAAAAAA, oppure AGAGAGAG, ma tale periodicità, nel filamento (polimero) del DNA, può ritrovarsi solo in brevissimi tratti, mentre per il resto, il carattere è aperiodico, cioè l’ordine con cui si succedono le diverse basi (del nucleotide) non si ripete regolarmente lungo il filamento … Se proviamo a giocare a domino (Hao Wang) con delle formelle (tessere) aperiodiche, l’esito (Robert Berger) del gioco è indecidibile (non prevedibile), cioè non esiste metodo per calcolare quello che sarà l’esito del gioco (cosa, invece, possibile con il gioco della dama, per questo definito banale) … Questo è anche il caso del DNA e ciò potrebbe spiegare perché l’evoluzione procede per tentativi ad errori, perché non c’è altro modo di procedere … In altre parole, che vi sia un elemento di imprevedibilità nell'evoluzione potrebbe essere dovuto anche all'impossibilità di prevedere gli effetti di una diversa mossa nella costruzione di un filamento di DNA sul resto della molecola. Quindi l’unico modo di fare tesoro delle mosse migliori è copiarle. Ciò potrebbe aiutare a spiegare come mai la riproduzione procede per duplicazione … L’ autoreplicazione è l’unica opzione per ricostruire un cristallo aperiodico e la complessità sta nell'unicità della funzione … Sia ben chiaro, non si pretende di aver spiegato la diversità del vivente sulla base dei cristalli aperiodici, ma, eventualmente, di aver trovato uno spartiacque che distingue i viventi dai non viventi.

(Andrea Borghini & Elena Casetta --- Filosofia della biologia ---)

L'importanza di un buon sonno.

Il sonno non ha un unico scopo. Sembra indispensabile per il funzionamento ottimale di molteplici processi biologici (sistema immunitario, equilibrio ormonale, salute emotiva e psichiatrica, apprendimento e memoria, eliminazione delle tossine dal cervello) … cioè, in assenza di sonno nessuna funzione biologica tra quelle indicate viene a mancare, ma in linea di massima il sonno sembra aumentarne l’efficienza. Eppure, chiunque viva per qualche mese senza dormire è destinato a morire … Una notte (appena) di perdita (completa o parziale) di sonno interferisce con diverse funzioni biologiche come, per esempio, con l’attività ormonale o con la protezione dalle infezioni … Ma pur con i suoi notevoli effetti sull'attività immunitaria e ormonale, l’impatto probabilmente maggiore di un sonno limitato è sul cervello. In uno studio del 2006 è emerso che anche una singola notte di deprivazione del sonno influiva sul deposito delle memorie emozionali … Vi è la possibilità, piuttosto angosciante che, quando siamo deprivati del sonno, formiamo una quantità doppia di memorie di eventi negativi della nostra vita rispetto agli eventi positivi. Produciamo così una memoria distorta della nostra giornata, una potenziale causa di depressione … Oramai è risaputo che il sonno contribuisce a elaborare le memorie, infatti, dopo l’apprendimento, favorisce stabilizzazione selettiva, rinforzo, integrazione e analisi di nuove memorie. Quindi il sonno controlla che cosa ricordiamo e come lo ricordiamo … Più ricercatori esplorano che cosa succede mentre dormiamo, più scoprono i benefici di una buona notte di sonno. Una possibile new entry nella lista dei benefici è l’eliminazione delle tossine dal cervello. Uno studio del 2013 ha riferito che durante il sonno, lo spazio tra le cellule nel cervello aumenta agevolando il flusso del liquido cerebrospinale tra il cervello e il midollo spinale … tale liquido, nel sonno, contribuirebbe a rimuovere (con una velocità doppia rispetto a quando si è svegli) dal cervello le placche amiloidi (molecole potenzialmente tossiche), allontanandole dalle aree dove avrebbero potuto causare più danni … Nel complesso, i risultati degli studi sul ruolo del sonno suggeriscono che, se non dormiamo a sufficienza, potremmo ritrovarci malati, sovrappeso, smemorati e molto depressi, oltre a sentirci molto stanchi.

(Robert Stickgold --- Dormiamoci su! ... da Le Scienze- Dicembre 2015 ---)

Comunicazione biochimica.

Più del 99% delle specie (animali, piante, funghi, microrganismi) affida la comunicazione tra i propri membri esclusivamente, o quasi, ai feromoni (sostanze chimiche prodotte da ghiandole esocrine) … Noi, invece, dal punto di vista chemiosensoriale (sensi chimici) siamo del tutto inetti … I feromoni non sono soltanto trasmessi nell'aria e nell'acqua (perché altri individui li colgano) ma sono puntati con precisione verso bersagli specifici … Per attrarre il maschio giusto, la molecola di feromone non deve essere soltanto potente, ma deve anche possedere una struttura in qualche modo rara, così da rendere altamente improbabile l’eventualità di attrarre un maschio di un’altra specie o, peggio ancora, un predatore … Le formiche sono forse, sulla Terra, le più avanzate tra le creature con una comunicazione feromonale. Sulle antenne hanno più recettori sensoriali, olfattivi e di altro genere, di qualsiasi altro tipo di insetti conosciuto … Anche le piante, di alcune specie, comunicano mediante feromoni … Una pianta attaccata da un nemico temibile (batteri, fungo o insetto) sopprime l’invasore liberando sostanze chimiche, alcune delle quali volatili. Le sue vicine le annusano e mettono in atto la stessa risposta difensiva, benché non sia ancora direttamente sotto attacco … Perfino i batteri organizzano la propria vita con una comunicazione di tipo feromonale … Noi come specie, siamo troppo grossi per comprendere la vita degli insetti e dei batteri senza compiere uno sforzo mirato … Le grandi dimensioni e il bipedismo sollevarono la testa dei nostri antenati più in alto di quella di qualsiasi altro animale … Per comunicare i nostri predecessori dovettero usare il canale uditivo/visivo, perché qualsiasi altro canale, compreso quello dei feromoni, sarebbe stato troppo lento. In sintesi, le stesse innovazioni evolutive che ci resero dominanti sulle altre forme di vita finirono anche per indebolirci dal punto di vista delle capacità sensoriali. Ci resero in larga misura inconsapevoli di quasi tutte le altre forme di vita presenti, che abbiamo continuato sconsideratamente a distruggere.

(Edward O. Wilson --- Il significato dell’esistenza umana ---)

Sistemi non lineari.

La stabilità genetica è chiaramente una proprietà di tutti gli organismi conosciuti. Le difficoltà emergono quando ci si domanda in che modo tale stabilità venga mantenuta … La fedeltà con cui avviene il meccanismo di replicazione (duplicazione del DNA) è impressionante (la frequenza degli errori di trascrizioni – o mutazioni – è all'incirca di uno su 10 miliardi) e questa estrema accuratezza, che sta all'origine della stabilità genetica, non dipende soltanto dalla struttura fisica del DNA, infatti è necessario l’intervento di particolari enzimi che facilitino ogni passaggio del processo di duplicazione … Le recenti scoperte mostrano chiaramente come la stabilità genetica sia soprattutto una proprietà emergente, che nasce dalle complesse dinamiche dell’intera rete cellulare … Semplificando molto, i processi cellulari sono catalizzati da enzimi, e i vari enzimi vengono prodotti in base alle istruzioni contenute nei geni … I problemi del Dogma Centrale (catena causale di tipo lineare) della biologia molecolare, cioè il DNA fabbrica l’RNA (un altro acido nucleico), l’RNA fabbrica le proteine e le proteine fabbricano noi, divennero evidenti quando i biologi estesero le loro ricerche genetiche oltre il mondo dei batteri. Cioè quando scoprirono (verso la fine degli anni Settanta) che negli organismi superiori la semplice corrispondenza fra le sequenze di DNA e le sequenze di aminoacidi nelle proteine non esisteva più, e che quindi occorreva abbandonare il principio (per quanto elegante potesse essere) che afferma un gene, una proteina … La complessità dei processi di sintesi proteica cresce, proporzionalmente all'aumentare della complessità degli organismi. Negli organismi superiori, i geni che codificano le proteine, anziché formare delle sequenze continue, tendono ad essere frammentati per la presenza di lunghe e ripetitive sequenze che non codificano nulla. La percentuale di DNA codificante varia a seconda degli organismi, e in alcune specie può essere pari a soltanto l’1 o il 2%. Il resto viene spesso indicato come DNA spazzatura. Tuttavia dato che la selezione naturale ha preservato tali segmenti non codificanti, è ragionevole supporre che essi rivestano qualche ruolo importante (potrebbero contribuire alla regolazione generale dell’attività genica). Per cui non si tratta affatto di spazzatura. Quando un gene frammentato viene trascritto (cioè il trasferimento dell’informazione genetica del DNA in una molecola di RNA messaggero) in un filamento di RNA, entrano in gioco degli speciali enzimi che rimuovono i segmenti non codificanti e ricongiungono assieme i restanti segmenti codificanti, in modo da formare una trascrizione valida … Tutto questo per dire che la struttura del genoma è la stessa in tutte le cellule, ma gli schemi seguiti dall'attività genetica (espressione genetica) sono differenti, perché i geni (regolatori e strutturali) non agiscono per conto loro, ma devono essere attivati e disattivati in risposta a determinati segnali … Il programma per l’attivazione dei geni non risiede nel genoma (patrimonio genetico), bensì nella rete epigenetica (cioè sopra, intorno ai geni) della cellula. Un gran numero di strutture cellulari sono coinvolte nella regolazione dell’espressione genetica (proteine strutturali, ormoni, reti di enzimi e molte altre molecole complesse) … Quindi i processi biologici che coinvolgono i geni sono tutti regolati dalla rete cellulare in cui il genoma è integrato … e tale realtà non è lineare ma contiene molteplici catene di retroazioni … Questo fenomeno è chiaramente incompatibile con il determinismo genetico (Dogma Centrale) … Sembra che le cellule mantengano aperti molteplici percorsi per produrre le strutture cellulari fondamentali e sostenere i processi metabolici essenziali. Tale ridondanza genetica (in palese contraddizione con il determinismo genetico , il paradigma che ha dominato per circa 40 anni nella biologia molecolare) assicura stabilità, flessibilità e adattabilità di fronte alle mutazioni ambientali inattese.

(Fritjof Capra --- Tra scienza e vita ---)

Senilità.

La vecchiaia è una fase naturale della vita, ma per molti comporta anche malattie e sofferenze. Per chi vive molto a lungo, la terza età può essere un periodo di grande solitudine, dato che tanti amici e parenti muoiono prima … Molti, per garantirsi una vecchiaia migliore, fanno jogging, si allenano, provano tutti i tipi di medicine e di preparati erboristici, assumono vitamine. Le persone che non fumano né bevono troppo, consumano cibi sani e fanno sufficiente attività fisica possono contare sulla probabilità di vivere almeno cinque anni più a lungo degli altri … Ma se vogliamo riuscire a rendere meno penosa la vecchiaia, dobbiamo affrontare la causa stessa dell’invecchiamento, e cioè il fatto che le cellule invecchiano. La pelle di un vecchio è rugosa perché le cellule non funzionano più come dovrebbero. I muscoli si indeboliscono e la vista peggiora per lo stesso motivo. E questo perché tutte le cellule del corpo sono programmate per invecchiare e morire … Il nostro corpo è costituito da molti miliardi di cellule che collaborano tra loro. Dopo un po’ la maggior parte di esse si logora. Quando ciò avviene, la cellula fa una copia di se stessa (giovane e sana). La divisione cellulare fa sì che il corpo si rinnovi continuamente in modo che rimanga vivo e sano. Ma esiste un limite temporale per la divisione cellulare. Una volta che si sono divise per un certo numero di volte, smettono. Quando ciò accade in tutto il corpo, questo comincia a invecchiare. La divisione cellulare cessa perché ogni cellula ha una sorta di orologio interno che smette di funzionare dopo un certo periodo di tempo. Quando l’orologio si ferma, le cellule smettono di dividersi … Tale orologio sembra risiedere in qualche punto del materiale ereditario chiamato telomero (la regione terminale del cromosoma che si accorcia ad ogni divisione cellulare). Quando i telomeri sono diventati sufficientemente corti, la cellula smette di dividersi e comincia a invecchiare.

(Eirik Newth --- Breve storia del futuro ---)