copertina del numero 4 della rivista Eureka. In copertina l’articolo sul microbioma umano

Rompo il silenzio durato più di un anno proponendovi questo articolo che ho scritto per Eureka, una rivista di scienze per i ragazzi (e prof) delle medie. Questo spiega il tono particolarmente divulgativo.

Parlo di come le scoperte del progetto Microbioma Umano (HMP, Human Microbiome Project) stanno cambiando la concezione che abbiamo di noi stessi come individui. Sperando di non spaventare troppo i ragazzini che lo leggeranno.

Seguendo questo link: Ecosistema_Umano Potrete visualizzare l’articolo completo in pdf.
Mentre qui a fianco potete gustarvi la copertina che mi hanno fatto disegnare. (matti!)

Bene, per ora è tutto.
Ci sentiremo presto?

Il post fa parte del carnevale della Biodiversità. Trovate tutti i contributi sul blog Leucophaea compresi in una review redatta da Marco Ferrari in cui potrete anche lasciare tutti i vostri commenti. Ma veniamo a noi, facciamo un po’ di presentazioni.

Angelino ha lavorato per quasi trent’anni in fabbrica, operaio specializzato, tornitore. Aveva cominciato come apprendista da ragazzino nel pieno del miracolo economico industriale, dopo la guerra, quando per giovani in gamba come lui c’erano possibilità a perdita d’occhio e lavoro fino alla noia. Le cose sono molto cambiate da allora e adesso suo figlio se la cava in un qualche modo, fa siti internet, il cameriere, qualche ripetizione, l’educatore in un centro estivo, dei laboratori nelle scuole e qualche collaborazione come grafico. Nessuno di questi lavori in genere dura più di un mese e spesso non più di una settimana. Tutto sommato non è male. Hai sempre il brivido della novità e il sudore freddo della paura. In ogni caso si trema un sacco.

All’improvviso i cambiamenti del clima politico economico finanziario globale fanno scoppiare in una bolla dopo l’altra le certezze di molte famiglie. Il tempo è denaro! Ma allora come oggi non è vero il contrario e Angelino ormai è troppo vecchio. La sua azienda come molte altre chiude costringendolo nella situazione di esubero nel pieno della desertificazione della pianura padana mentre chi può tra i suoi capi si trasferisce verso luoghi più competitivi, oltre il Danubio, dove un altro Angelino può prendere il posto di quello vecchio alla metà del suo stipendio.

La nicchia ecologica in biologia è esattamente questo.
Lasciatemelo spiegare con un disegno. Un individuo di una certa specie ha un certo spazio entro il quale può vivere e riprodursi e oltre il quale si estingue (oppure, come direbbe Marx, fa la rivoluzione). Lasciamo perdere Angelino e Marx al loro destino e prendiamo un pesce, vivo, e cerchiamo di mantenerlo vivo. Dobbiamo dargli un ambiente con alcune condizioni di salinità e temperatura dell’acqua. Questo definisce un’area all’interno dello spazio cartesiano che abbiamo disegnato in cui il nostro pesce sta bene.

Aggiungiamo una condizione che è quella della disponibilità di prede, animali o vegetali, e abbiamo un volume nello spazio tridimensionale definito dalle tre variabili. Ora chiedo un aiuto alle vostre facoltà di astrazione per fare un salto fuori dall’acquario verso l’ambiente naturale dove la nicchia ecologica di ogni essere vivente è un multispazio fatto di molte variabili interdipendenti. Bel casino eh?

Seguitemi ancora perché non è finita, mancano ancora due pezzi. Il primo sono le interazioni con altri organismi, conspecifici o meno, che possono generare competizione e comportamenti di parassitismo, predazione, sfruttamento salariale etc.. o cooperazione e vari tipi di simbiosi. L’altro pezzo è il tempo che trasforma il nostro spazio in un flusso in continuo cambiamento. Qualcuno riesce a cambiare con esso o a inseguire determinate condizioni ambientali mantenedo la propria specificità, altri no. In natura si chiama selezione naturale, per Angelino riposizionamento di carriera.

Ma come agisce la selezione naturale e in che modo interagisce con la Biodiversità?
La perdita di quest’ultima testimoniata negli anni da molti studi ci da un’idea di come rapidi cambiamenti ambientali e l’aumento della competizione per il cibo e lo spazio con altre specie, come l’uomo ad esempio, possano portare all’estinzione molte specie. La selezione naturale non è una spinta creatrice, non ha una finalità di alcun genere. È solo una selezione operata sulla diversità già esistente in natura. A dirla tutta, come disse Ernst Mayr in un’intervista[1], andando un po’ a cercare il pelo nell’uovo, il meccanismo dell’evoluzione non è una selezione del più adatto, ma una (de)selezione del non adatto.

Le riflessioni da fare al riguardo sono tante e l’esperienza ci insegna che in natura niente è semplice; siamo biologi evoluzionisti, mica medici o ingegneri.
Voglio citare, anche se non posso approfondirlo, uno studio[2] pubblicato una decina di giorni fa su Plos Biology in cui i ricercatori mostrano come, in una popolazione selvatica di cinciallegre (Parus major), ci sia una associazione positiva tra la forza della selezione naturale su un carattere (il periodo della riproduzione) e l’espressione di varianza genetica su questo stesso carattere. Lo studio di tipo associativo non permette di individuare un rapporto di causa-effetto tra i due fattori ma suggerisce la presenza di meccanismi che possono influire sulla velocità delle risposte microevolutive ai cambiamenti dell’ambiente.

Sarebbe affascinante scoprire che la vita ha imparato che niente è per sempre,
e che nella storia del nostro pianeta l’unica cosa costante è il cambiamento. Probabilmente avrebbe senso aspettarsi che in passato quelle forme di vita in grado di reagire a periodi di stress aumentando il campionario di variabilità da esibire alla selezione naturale, anche al prezzo di tanti esperimenti sbagliati, abbiano avuto qualche vantaggio e abbiano trasmesso questa caratteristica ai discendenti. Ma forse sarebbe ancora più affascinante poter pensare che la nostra società, sempre che ne esista ancora una, possa imparare da tanti esperimenti sbagliati nella storia naturale e umana per progettare un mondo che abbia al centro il benessere dell’uomo e del pianeta in cui vive.

Fonti e ispirazioni:
[1]: L’intervista a Ernst Mayr nell’enciclopedia multimediale delle scienze filosofiche.
[2]: Husby A, Visser ME, Kruuk LEB (2011) Speeding Up Microevolution: The Effects of Increasing Temperature on Selection and Genetic Variance in a Wild Bird Population. PLoS Biol 9(2): e1000585. doi:10.1371/journal.pbio.1000585

Ferrari mostrerà le particolarità della mente umana che fanno di noi una specie altamente sociale e mostrerà come molte caratteristiche siano presenti come componenti di base nelle scimmie. Questi preadattamenti hanno permesso lo sviluppo di apparati cognitivi complessi nell’uomo il cui studio investe tanti affascinanti campi di ricerca, dall’etologia alla fisiologia. In campo neurologico è stata importante la scoperta dei neuroni specchio, basti pensare al ruolo che possono avere nei primati nell’apprendimento dell’uso della mano per la manipolazione di oggetti o nell’imitazione dei comportamenti degli adulti da parte dei piccoli.

Le spinte evolutive verso una socialità sempre più complessa che permette in alcuni animali una trasmissione culturale di tipo lamarkiano, cioè finalizzata, hanno agito su caratteri darwiniani, il cui sviluppo è intrinsecamente legato al caso e alla selezione naturale. Lo studio dei comportamenti sociali nei primati è quindi di fondamentale importanza per ricostruire la storia di un aspetto tra i più interessanti dell’essere umano.

*Pier Francesco Ferrari studia neuroetologia dei comportamenti sociali e in particolare il ruolo dei neuroni specchio nella cognizione sociale in diverse specie di primati. Lavora all’università di Parma nel dipartimento di neuroscienze, ha collaborato col prof. Giacomo Rizzolatti che nel 1992 ha scoperto l’esistenza dei neuroni specchio. Una sua biografia e un elenco delle sue pubblicazioni (disponibili in pdf) possono essere consultati a questo indirizzo.

Info e costi:
Ore 18.30; ingresso gratuito, consumazione 6€.
Prenotazione obbligatoria entro il giorno precedente: 02 – 884.63.337
(lun – ven ore 9.30/13.00 – 14.00/16.30 e sab – dom 9.30/13.00 – 14.00/17.30)

A questo link è possibile consultare il programma 2011 degli happy hour evoluzionistici

Come di consueto, il pubblico avrà la possibilità di accostarsi alle ricerche più avanzate nello studio dell’evoluzione attraverso l’intervento dei maggiori studiosi italiani e internazionali. L’Evolution Day 2011 è dedicato alle esplorazioni geografiche e naturalistiche, delle quali affronterà i molteplici aspetti di interesse evoluzionistico. L’approfondimento storico sarà centrato sugli avventurosi viaggi di scoperta e di esplorazione che hanno dato un contributo determinante alla conoscenza della diversità naturale ed enormemente stimolato la curiosità degli intellettuali europei.

La data del 12 febbraio non è casuale perché si accosta alle iniziative che in tutto il mondo festeggiano il compleanno di Darwin, come anche il carnevale della biodiversità. L’evento potrà anche essere seguito in diretta streaming dal sito www.scienzainrete.it

Info:
Museo di storia naturale di Milano
Corso Venezia 55, 20121 Milano M1 Palestro – Passante ferroviario P.ta Venezia
Infopoint: 02 884 63 337
www.comune.milano.it/museostorianaturale
Scarica qui la brochure.

Potremmo assistere a un rapido spostamento degli ecosistemi dovuto agli effetti del climate change quale è il riscaldamento degli oceani. È stato recentemente verificato uno spostamento verso il polo delle barriere coralline attorno il giappone. Una specie è stata osservata muoversi all’incredibile velocità di 14 chilometri l’anno grazie al passaggio della corrente oceanica che facilita lo spostamento della forma natante dei coralli, i polipi.

Autostop oceanico
Hiroya Yamano e i colleghi del Center for Global Environmental Research di Tsukuba, Giappone, hanno controllato le osservazioni di coralli nelle acque giapponesi a partire dal 1930; qui le temperature superficiali invernali sono cresciute di 0,7 – 2,4 gradi in 100 anni. Inoltre i ricercatori hanno fatto notare come le correnti dirette verso i poli che corrono parallele alle coste del giappone, della costa est del sud america e di nord america africa e australia possono svolgere un ruolo importante nel velocizzare questo spostamento. Questo può spiegare lo spostamento di 14 chilometri all’anno, velocissimo se paragonato alla media di un chilometro annuo per specie di piante e animali terrestri o ai 5 degli abitanti del fondo marino.

La risposta al cllimate change
Lo studio è la prima prova della migrazione di massa dei coralli e combacia con altre osservazioni che da tutto il mondo riportano massicci spostamenti verso i poli di specie di coralli e di pesci legati all’ecosistema della barriera corallina.
La migrazione dopo tutto è l’unica alternativa all’estinzione dovuta alla scomparsa dell’habitat, soprattutto per organismi ad alta specializzazione o con ristretti limiti ecologici che difficilmente si adattano in fretta a nuove condizioni.
Detto questo lo spettro della variabilità è ampio e la risposta delle varie specie di antozoi che compongono le barriere coralline è complicata come dimostrano vari studi.

Morto un antozoo se ne fa un’altro
Ad esempio un articolo recente* ha esaminato le successioni ecologiche che si verificano al cambiare della temperatura delle acque. Le colonie di coralli vengono infatti ripopolate da specie a veloce accrescimento e a vita breve, proprio come accade con le successioni vegetali che rapidamente colonizzano una nicchia ecologica resasi improvvisamente disponibile, per esempio dopo un incendio.
Assisteremo forse alla creazione di una zona “ipertropicale” dove ora ci sono i mari tropicali, con una nuova ecologia e nuove specie? Di certo la storia naturale ci insegna che a seguito di estinzioni e conseguente liberarsi di spazi e di nicchie trofiche la natura non ci mette molto a sviluppare nuove forme di vita in grado di sfruttarli.

Fonti
Nature News: Coral marches to the poles – Nicola Jones
* Yakob, L. & Mumby, P. J. Proc. Natl Acad. Sci. USA advance online publication doi:10.1073/pnas.1015443108 (2011).

Alcuni archeobatteri di ambienti salati (alofili) hanno sviluppato, mediante un mirabile copia-incolla genetico, una nuova via metabolica per sintetizzare i carboidrati di cui hanno bisogno. Nuova per noi, verrebbe da dire, che studiamo con sempre rinnovato stupore l’incredibile plasticità metabolica dei procarioti che da milioni di anni fondano il loro successo evolutivo sulla capacità di scomporre e ricomporre la materia a loro piacimento.

Il ciclo del metilaspartato
L’ultima scoperta è appunto il ciclo del metilaspartato che in alcuni procarioti appartenenti al regno degli Archea, gli Aloarchea in particolare, permette la sintesi dei carboidrati a partire da diversi substrati che entrano nella via metabolica sotto forma di una molecola di Acetil-CoA. Inoltre si apre la possibilità di accumulare in cellula grandi quantita di glutammato importante per preservare le funzioni cellulari in ambienti estremi come i laghi salati in cui vive questo organismo.

Bricolage Evolutivo
Spesso accade che in natura i pezzi necessari alla costruzione di un architettura complessa e ben adattata vanno cercati dal robivecchi ma in questo caso l’operazione di riciclaggio è particolarmente fantasiosa. Gli enzimi che partecipano a questo lungo ciclo biochimico appartengono originariamente ai batteri dove vengono utilizzati per processi metabolici completamente diversi. Questi Archea hanno quindi acquisito materiale genetico da organismi che appartengono a un regno diverso (come piante e animali per intenderci) mediante un trasferimento orizzontale di geni. Un vero e proprio OGM!

Fonti
Foto: Halococcus salifodinae (© Eye Of Science / Science Photo Library) Questa foto è presente a scopo illustrativo di un Archea alofilo ma non rappresenta alcuna delle specie studiate nell’articolo preso in esame.
Articolo: Khomyakova, M., Bukmez, O., Thomas, L., Erb, T., & Berg, I. (2011). A Methylaspartate Cycle in Haloarchaea Science, 331 (6015), 334-337 DOI: 10.1126/science.1196544

Eccoci qui, dopo nemmeno un mese di vita il pollice si prepara alla sua prima festicciola. Si tratta di un carnevale, per cui niente vestiti eleganti o cose del genere.

Il carnevale della Biodiversità permette a blogger di varia estrazione in ambito biologico di scrivere a proposito di un tema comune. Giunto alla seconda edizione il carnevale della biodiversità avrà come tema Biodiversità e adattamenti: La lotta costante per il cibo e lo spazio e si terrà il giorno 12 febbraio, il 202° compleanno di Darwin.

Per questa edizione sarà ospitato da Leucophaea, il blog di Marco Ferrari, su cui potete anche dare un’occhiata al bando di partecipazione.
Ah se volete rimanere aggiornati e il 12 è lontano e la memoria è corta etc etc il carnevale ha anche una pagina facebook! Si trova qui.

La scomparsa delle ammoniti nelle tracce fossili successive a 65 milioni di anni fa è ancora un argomento aperto in paleontologia. Queste sono state ubiquitarie a partire da 400 milioni di anni fa, tanto che sono fossili guida nella datazione degli strati geologici di questo periodo, salvo scomparire improvvisamente a ridosso del limite KT (Cretaceo – Terziario).

La mancanza nella documentazione fossile di parti molli ha sempre impedito di capire a fondo la biologia e la posizione nelle reti trofiche marine delle ammoniti, per questo credo che sia interessante un recente studio apparso su Science  che presenta la ricostruzione tridimensionale dell’apparato boccale di Baculite, una ammonite del Mesozoico. Le comparazioni con apparati boccali di molluschi odierni, combinata con dei probabili resti di cibo suggeriscono che queste si alimentassero del plankton presente nella colonna d’acqua piuttosto che cacciare grandi prede sul fondale come fanno i Nautilus, per altri aspetti molto simili.

Radiazione e estinzione
Questa strategia può essere messa in relazione con la comparsa e la radiazione delle ammoniti nel Giurassico e nel Cretaceo forse in concomitanza con la radiazione di nuovi gruppi di plankton. L’ipotesi ancora da verificare sarebbe che il repentino calo della quantità di plancton nei mari della fine del cretaceo possa aver irrimediabilmente compromesso le reti trofiche marine segnando anche la fine delle ammoniti, mentre altri gruppi come i nautilidi potevano contare su altre risorse di cibo.

Ricostruzione della mascella
Il video qui sotto mostra la ricostruzione 3d delle mascelle superiore e inferiore e della radula, organo  dentellatto usato dai molluschi per raschiare il substrato alla ricerca di cibo.

Fonti
Kruta, I., Landman, N., Rouget, I., Cecca, F., & Tafforeau, P. (2011). The Role of Ammonites in the Mesozoic Marine Food Web Revealed by Jaw Preservation Science, 331 (6013), 70-72 DOI: 10.1126/science.1198793

Ogni mese verranno proposti dei temi scientifici sui quali chiacchierare e dibattere con docenti, ricercatori, intellettuali, appassionati e curiosi

Calendario
27 gennaio 2011, ore 18,30
PierFrancesco Ferrari – Università di Parma
L’evoluzione della mente sociale dei primati

24 febbraio 2011 ore 18,30
Diego Rubolini – Università Statale di Milano
Le migrazioni degli uccelli in un’epoca di cambiamenti climatici

10 marzo 2011 ore 18,30
Roberta Pennati – Università Statale di Milano
I Protocordati: parenti imbarazzanti

24 marzo 2011 ore 18,30
Daniele Daffonchio – Università Statale di Milano
I microrganismi pionieri degli ecosistemi estremi

14 aprile 2011 ore 18,30
Maurizio Casiraghi – Università Milano – Bicocca
Addomesticare o essere adomesticati? Il gioco dei ruoli nella storia dell’uomo e degli animali domestici

28 aprile 2011 ore 18,30
Chiara Ceci – Università Milano – Bicocca
Stefano Moriggi – International School for the Promotion of Science
Emma Wedgwood Darwin. Ritratto di una vita, evoluzione di un’epoca

12 maggio 2010 ore 18,30
Claudia Bordese – Divulgatrice scientifica
Vivere a spese degli altri. Elogio del parassitismo

Info e costi:
Ingresso gratuito, consumazione 6€.
Prenotazione obbligatoria entro il giorno precedente: 02 – 884.63.337
(lun – ven ore 9.30/13.00 – 14.00/16.30 e sab – dom 9.30/13.00 – 14.00/17.30)