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Un ritorno per l'evoluzione lamarckiana?
Gli effetti dell'ambiente di un animale durante l'adolescenza possono essere trasmessi alla futura prole, secondo due nuovi studi. Se applicabile agli esseri umani, la ricerca, condotta sui roditori, suggerisce che l'impatto dell'educazione infantile e degli abusi precoci potrebbe estendersi su generazioni. I risultati forniscono supporto per una teoria dell'evoluzione di 200 anni che è stata in gran parte respinta: l'evoluzione lamarckiana, che afferma che le caratteristiche acquisite possono essere trasmesse alla prole.
Silenziare il DNA: L'aggiunta di gruppi metilici a punti specifici nel genoma può alterare l'espressione di geni marcati. Il processo, noto come metilazione del DNA, è un meccanismo di cambiamento epigenetico, cambiamento ereditario che non altera la sequenza del DNA stesso. In questa immagine, le barre colorate rappresentano le basi che compongono un filamento di DNA, mentre i cerchi verdi rappresentano la metilazione.
I risultati sono estremamente sorprendenti e inaspettati, afferma Li-Huei Tsai, neuroscienziato del MIT che non è stato coinvolto nella ricerca. In effetti, uno degli studi ha scoperto che potrebbe essere trasmesso un aumento della capacità del cervello di ricablare se stesso e un corrispondente miglioramento della memoria. Questo studio è probabilmente il primo studio a dimostrare che ci sono effetti transgenerazionali non solo sul comportamento ma anche sulla plasticità cerebrale.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto che i cambiamenti epigenetici - cambiamenti ereditari che non alterano la sequenza del DNA stesso - svolgono un ruolo importante nello sviluppo, consentendo a cellule geneticamente identiche di sviluppare caratteristiche diverse; anche i cambiamenti epigenetici giocano un ruolo nel cancro e in altre malattie. (La definizione di epigenetica è alquanto variabile, con alcuni scienziati che limitano il termine per riferirsi a meccanismi molecolari specifici che alterano l'espressione genica.) La maggior parte degli studi epigenetici sono stati limitati a un contesto cellulare o hanno esaminato gli effetti epigenetici dei farmaci o della dieta in utero . Questi due nuovi studi sono unici in quanto il cambiamento ambientale che innesca l'effetto – l'arricchimento o l'abuso precoce – si verifica prima della gravidanza. Somministrare sostanze chimiche alle madri e ciò può influire sulla prole e sulla generazione successiva, afferma Larry Feig , neuroscienziato della Tufts University School of Medicine, a Boston, che ha supervisionato parte della ricerca. In questo caso, [il cambiamento ambientale] è avvenuto molto prima che i topi fossero fertili.
Nello studio di Feig, topi geneticamente modificati per avere problemi di memoria sono stati allevati in un ambiente arricchito, con giocattoli, esercizio fisico e interazione sociale, per due settimane durante l'adolescenza. La memoria degli animali è migliorata, una scoperta non sorprendente, dato che in precedenza è stato dimostrato che l'arricchimento aumenta la funzione cerebrale. I topi sono stati quindi riportati in condizioni normali, dove sono cresciuti e hanno avuto una prole. Anche questa generazione successiva di topi aveva una memoria migliore, nonostante avesse il difetto genetico e non fosse mai stata esposta all'ambiente arricchito.
I ricercatori hanno anche esaminato un correlato molecolare della memoria chiamato potenziamento a lungo termine, o LTP, un meccanismo che rafforza le connessioni tra i neuroni. L'arricchimento ambientale ha corretto l'LTP difettoso nei topi con il difetto genetico; l'LTP fisso è stato poi passato alla loro prole. I risultati si sono rivelati veri anche quando i cuccioli sono stati allevati da topi con deficit di memoria che non avevano mai avuto i benefici dei giocattoli e dell'interazione sociale. Quando guardi la prole, hanno ancora il difetto nella proteina, ma hanno anche LTP normale, dice Feig. I risultati sono stati pubblicati oggi nel Journal of Neuroscience .
Se i risultati possono essere trasmessi all'essere umano, significa che l'istruzione delle ragazze è importante non solo per la loro generazione ma per quella successiva, afferma Moshe Szyf della McGill University, a Montreal, che non è stata coinvolta nella ricerca.
In un secondo studio, i ricercatori hanno scoperto che i ratti allevati da madri stressate che hanno trascurato e abusato fisicamente della loro prole hanno mostrato specifiche modificazioni epigenetiche del loro DNA. I topi maltrattati sono cresciuti fino a diventare madri povere e sembrava che trasmettessero questi cambiamenti alla loro prole.
Ricerche precedenti hanno dimostrato che una cattiva maternità sui topi può essere trasmessa attraverso questo tipo di modifica del DNA, ma si pensa che tali cambiamenti siano innescati specificamente dal comportamento materno. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno anche chiesto a madri sane di allevare la prole di madri stressate e hanno scoperto che i problemi erano stati risolti solo parzialmente. Ciò suggerisce che i cambiamenti non erano dovuti alla loro esperienza neonatale, afferma David Sweatt , neuroscienziato dell'Università dell'Alabama a Birmingham, che ha supervisionato lo studio. Era qualcosa che c'era già quando sono nati. La ricerca è stata pubblicata online il mese scorso in Psichiatria Biologica .
È probabile che i risultati di entrambi gli studi siano controversi, forse facendo risorgere un dibattito secolare. È molto provocatorio, dice Lisa Monteggia , neuroscienziato presso l'Università del Texas Southwestern Medical Center, a Dallas. Risale a due scuole di pensiero: Lamarck contro Darwin.
In contrasto con la selezione naturale, in cui gli organismi che nascono ben adattati al loro ambiente sopravvivono e si riproducono, tramandando quei tratti di successo, l'evoluzione lamarckiana suggerisce che gli animali possono sviluppare tratti adattivi, come una migliore memoria, durante la loro vita, e trasmettere quelli caratteristiche alla loro prole. Quest'ultima teoria fu in gran parte abbandonata quando presero piede le teorie di Darwin e in seguito di Mendel. Ma il concetto di eredità lamarckiana è tornato di moda negli ultimi anni, man mano che gli scienziati imparano di più sull'epigenetica.
Non ho deciso di trovare risultati che supportano l'eredità neo-lamarckiana, dice Sweatt. Ma la ricerca ora rende più plausibile che queste cose possano essere reali e basate su meccanismi molecolari.
Feig, d'altra parte, sostiene che mentre i risultati sono un fenomeno di tipo lamarckiano, è ancora darwiniano, perché i cambiamenti non durano per sempre. Nello studio di Feig, la prole di topi arricchiti ha perso i benefici della memoria dopo pochi mesi.
Sweatt e altri affermano che questo tipo di eredità potrebbe in effetti essere molto più comune del previsto. Il miglioramento delle tecnologie offre ora uno sguardo più ampio sui cambiamenti epigenetici legati all'ambiente e al comportamento. Gli scienziati stanno iniziando a utilizzare i microarray del DNA, che negli ultimi anni sono stati ampiamente utilizzati negli studi genetici delle malattie, per esaminare un tipo specifico di cambiamento, noto come metilazione del DNA. I cambiamenti che vediamo non si limitano a un piccolo numero di geni, afferma Szyf, che sta usando la tecnologia per studiare l'epigenetica e il cancro. Interi circuiti sono cambiati.
Il sequenziamento del DNA, che sta rapidamente diminuendo di prezzo, può essere utilizzato anche per studiare la metilazione del DNA. Ma gli studi di epigenetica richiedono un sequenziamento ad alto volume, che è stato proibitivo. In contrasto con il genoma, ogni epigenoma è diverso nei diversi tipi di cellule, afferma Sweatt. Un progetto sull'epigenoma umano sarebbe l'equivalente di 250 genomi umani, perché ci sono almeno 250 tipi di cellule nel corpo. Il sequenziamento economico potrebbe presto rendere possibile questo tipo di studio, dice.
L'effettivo meccanismo alla base di questi modelli di ereditarietà è alquanto sconcertante per gli scienziati. Feig teorizza che l'arricchimento ambientale innesca un cambiamento ormonale di lunga durata: quando l'animale rimane incinta, l'ormone modificherebbe in qualche modo il DNA del feto, determinando infine un miglioramento della memoria e dell'LTP da adolescente. Tuttavia, avverte, non ci sono prove dirette di ciò e nessuna prova specifica che i comportamenti siano trasmessi attraverso meccanismi epigenetici.