Il Senso della Vita

Partiamo con una semplice domanda: cos'è la vita?
Intendo in senso biologico... non fatevi fregare dal titolo!
Okkey, allora dovrebbe essere più semplice dare una risposta se non consideriamo necessità filosofiche o finalità esistenziali. Invece rimane comunque difficile metterci d'accodo su una definizione condivisa, condivisa da tutti.

"Ma come?" direbbe qualcuno "Checcevole!? Mica c'è da esse Einstein! Se respira, se magna, se tromba. Tutto qua!".

Come indica costui, l'individuazione di tali funzioni appare appropriata per un bel pezzo dell'albero della vita: molte creature respirano, mangiano e si riproducono e se allentiamo tali concetti vediamo che restano validi anche per chi non ha un'apparato respiratorio, non ha neppure quello digerente e tanto meno organi copulatori veri e propri: i protozoi e i batteri.
Questi organismi unicellulari non dispongono, ovviamente, di polmoni, bocca e pene ma, in soldoni, fanno anch'essi le medesime cose dei metazoi (che siamo noi e tutti quelli costituiti da più cellule che formano tessuti diversi): traggono dall'ambiente l'energia, gli elementi costitutivi delle loro strutture e si moltiplicano.
* Inciso tecnico
Sull'atto del nutrirsi risulta, probabilmente, facile comprendere che, anche senza una vera e propria bocca, esistono altri modi per fare passare i nutrimenti esterni all'interno; per esempio assorbendoli attraverso una membrana o, come fanno le amebe, avvolgendoli fino a internalizzarli. Invece fatichiamo a individuare nella respirazione qualcosa di diverso dall'atto di inspirare e espirare l'aria nei polmoni. In realtà quello é solo il primo passo del percorso che porta l'ossigeno dagli alveoli polmonari ai globuli rossi del sangue poi da questi ai tessuti in cui si svolge la respirazione cellulare che ci permette di sfruttare il nostro gas preferito per ricavare la massima energia dai substrati, producendo come scarto l’anidride carbonica (aka biossido di carbonio aka CO2 ) che segue il percorso inverso. Il resto è solo trasporto e le modalità dello stesso cambiano: gli insetti respirano ma non hanno né polmoni né globuli rossi, idem le piante. 

"Scott... Energia!"
Non sempre gli organismi hanno la possibilità di disporre della respirazione cellulare e l'energia è fornita da fermentazioni in assenza di ossigeno, meno efficienti ma comunque disponibili in ambienti in cui l'aria non arriva (quindi senza ossigeno) come fanghi, interno delle rocce, suoli profondi, certe acque, l'intestino, il rumine delle mucche etc.
Respirazione e fermentazione sono modi per disporre  di energia fissata nell'ambiente. Le specie chimiche contengono tale energia nei loro legami molecolari e la vita ha imparato a sfruttarla.
Le catene carboniose:

Principalmente quelle di zuccheri e dei grassi ma anche, alla bisogna, le proteine sono scrigni di un lavoro potenziale che attende di essere liberato, solo che ci vogliono le chiavi giuste, o meglio, dei grimaldelli chimici chiamati enzimi. Con questi si abbatte l'energia di attivazione per rompere i legami chimici, è come se ci fosse un gradino da superare prima di arrivare ad una discesa; con gli enzimi si abbassa l'altezza del gradino. Una volta che abbiamo ricevuto il plus "cristallizzato" dobbiamo però stivarlo in una forma utilizzabile e, in 3,5 miliardi di anni di prove, pare ne abbiamo trovata solo una, l'ATP. Ci son altre molecole ubiquitarie, ma l'ATP è la benzina della vita, l'unico carburante che si può utilizzare.
Ribadisco che parlo di effettore finale del lavoro: il grasso della pancia e le scarse riserve di glicogeno di fegato e muscoli (il glicogeno é parimenti all'amido delle piante, uno zucchero stipato in forma di polimero) sono accumuli di energia potenziale ma servono per produrre ATP; tutto, dal lavoro muscolare alle reazioni enzimatiche che consumano energia necessita di ATP

https://goo.gl/images/TBMjCs

* Inciso tecnicoSe uso l'ossigeno-O2 come nella respirazione, come facciamo noi, sono in grado di demolire le sostanze organiche (adeguatamente preparate, e qui non siamo tutti bravi uguale, provate voi a mangiare della corteccia!) fino a che mi restano solo acqua-H2O e anidride carbonica-CO2. L'ossigeno é l'ossidante per antonomasia, viene usato per rompere i legami tra le molecole del cibo e utilizzare l'energia estratta per sintetizzare l'ATP, ma é anche aggressivo con chi lo usa e noi, che lo respiriamo, siamo dotati anche di sistemi per difenderci da lui.

Esistono anche organismi che lo tollerano poco o nulla, e non potendo utilizzarlo ne fanno a meno oppure sono in grado di rompere i legami tra gli atomi dei substrati con altre molecole che possono sostituire il super-performante ma pericoloso ossigeno.

-Nel primo caso si parla di fermentatori, chiarendo che anche chi respira prima fermenta i substrati, solo che, invece di fermarsi lì va avanti fino a acqua e CO2

-Nel secondo caso si parla di respirazione non-ossigenica: ad esempio i batteri denitrificanti "respirano" (=usano come ariete chimico) vari composti dell'azoto (nitrati o nitriti) e producono come scarto ammoniaca-NH3 (che resta nel suolo) o azoto gassoso-N2 (che torna in atmosfera), anziché anidride carbonica, mentre i batteri solfo-riduttori respirano vari composti dello zolfo producendo acido solfidrico-H2S, quello che puzza di uova marce.

Qual'è la differenza tra respirazione e fermentazione? Che se usiamo l'aggressivo ossigeno possiamo estrarre moooolta più energia dai substrati e usarla per "caricare" più molecole di ATP. Senza ossigeno cala la capacità di smontare la materia organica, non arriviamo più a H2O + CO2 ma a prodotti intermedi (alcooli, acido lattico, acido acetico, etc.) in cui c'é ancora un po' di energia potenziale disponibile, ma non possiamo estrarla, dobbiamo accontentarci. 

Noi uomini siamo contenti che lieviti e alcuni batteri si accontentino, perché i processi fermentativi a partire dagli zuccheri ci concedono l'acool e il pane (fermentazione alcoolica degli zuccheri, nel pane l'acool evapora e la CO2 resta intrappolata nelle proteine del glutine che si stirano), lo yogurt (fermentazione lattica degli zuccheri), l'aceto (ossidazione dell'alcool ad acido acetico) e i formaggi con i buchi (fermentazione propionica dell'acido lattico con l'anidride carbonica che resta intrappolata nella pasta del formaggio). Senza fermentazioni ci perderemmo un mucchio di roba, compresi tempeh, kefir, kombucha e natto (anche se, degli ultimi 2 credo non sentirei la mancanza).

Ci sono anche i metanogeni che, nel nostro intestino, producono il metano che alimenta i nostri peti

La pappa l'é cotta!
Per quanto riguarda il nutrimento, bisogna procurarselo muovendosi verso di esso oppure restare immobili aspettando che arrivi lui. Questo vale per tutti, ma non tutti hanno le stesse esigenze.
Noi siamo facenti parte del gruppo degli eterotrofi, precisamente chemo-organo-eterotrofi: qui si va dall'ameba alla mucca, dai batteri fermentanti a quelli della putrefazione fino ai funghi.

I funghi non sono vegetali, i funghi sono...funghi. Costituiscono un regno a se stante e sono più vicini a noi animali che alle piante. Sono tutti fatti da ife, lunghi filamenti microscopici che si allungano nel suolo (talora, con nostro grande disappunto, anche nella cute).

Quelli di cui ci cibiamo (precisamente del corpo fruttifero) sono solo una piccola parte delle specie, sono i basidiomiceti, i più esibizionisti, ma ne esistono altrettanti che formano muffe simili a velluti colorati e lieviti (singole cellule); parecchie specie passano dalla modalità muffa a quella lievito a seconda delle condizioni del substrato. Tutti hanno la superficie cellulare coperta di chitina, lo stesso materiale che costituisce l'esoscheletro degli insetti, e sono i migliori deassemblatori delle sostanze organiche complesse. Di solito il loro lavoro apre la strada ai batteri rispetto ai quali tendono ad essere mediamente più efficenti in condizioni di scarsa umidità e bassa temperatura, vedi alimenti ammuffiti in frigo e muffe su marmellata (in cui il tanto zucchero rende indisponibile l'acqua ai batteri) o pane secco (in cui l'acqua quasi non c’è). 

Il nostro apprezzamento per il sistema di dispersione delle spore dei basidiomiceti, quello che affiora dal terreno, ci fa fare levatacce mattutine per battere sul tempo gli altri; le fungaie sono luoghi preziosi di cui non divulgare le coordinate. Insomma: è quasi come se litigassimo per arrivare per primi al loro c.z.. 

Di seguito funghi macroscopici

I funghi possono essere noiosi parassiti (di piante, animali e persino altri funghi) e saprofiti che si nutrono di materiale organico decomponendolo, ma il loro ruolo più importante é come simbionti degli alberi nella cosiddetta micorrizia: il micelio dei funghi con la sua superficie immensa assorbe e trasferisce alle radici degli alberi i sali minerali di cui questi hanno bisogno e ne riceve in cambio catene carboniose complesse elaborate delle piante tramite la fotosintesi fogliare e poi trasferite nelle radici. 

En passant segnalo il fatto che esistono piante verdi che parassitano loro simili, come alcune orchidee e il famosissimo vischio che radica letteralmente su un'altra pianta e le succhia il nutrimento pur mantenendo foglie verdi e la capacità di operare fotosintesi (altre non lo fanno per nulla come la terribile e mortale. Cuscuta:

Ma si va oltre. Ci sono piante che fregano i funghi con i quali di solito si instaura la micorizzia, ossia lo scambio virtuoso che giova a entrambi. In questo caso la pianta "si adagia", non si impegna più nel produrre gli zuccheri da trasferire al fungo e si appoggia totalmente su di lui. Insomma non ci si può fidare di nessuno

Sotto una di queste piante profittatrici che hanno perso la capacità di usare la clorofilla, ha un aspetto inusuale

*Inciso tecnico

La modalità dei funghi di affrontare il mondo è stata copiata da un gruppo di organismi, poco conosciuti, apparentato con le alghe brune (tipo il sargasso), sono gli Oomiceti. Costoro, a dispetto del nome, non sono funghi, ma si diffondono tramite ife costituite peró da cellulosa (che é tipica delle piante) e non da chitina come i funghi. Può sembrare poco ma, assieme ad altre differenze dà ragione di una convergenza evolutiva MEMORABILE. Altri finti funghi, stavolta macroscopicamente, sono i Myxomiceti  che paiono muffe ma tali non sono, avendo una parentela con le amebe. Rappresentano, in effetti, forme giganti di protozoi poli nucleari (tecnicamente sincizi). Mangiano tutto ció che incontrano lungo il loro (lento) cammino, sostanzialmente batteri e materia organica, e sono "The Blob" del mondo naturale 

Tutti gli eterotrofi hanno un certo margine di manovra sui nutrienti essenziali ma alla fine un qualche scheletro carbonioso, cioè una qualche forma tra proteine, zuccheri, grassi, bisogna assumerlo, più una fonte di azoto (solo le proteine in tal caso soddisfano la domanda). Tra i più dipendenti ci siamo noi primati: non siamo capaci di sintetizzare la vitC, abbiamo 20 amminoacidi essenziali che non sappiamo produrre a partire dagli altri, e 2 acidi grassi che dobbiamo assumere dall'ambiente. Ad altri va un po' meglio, con animali che si appoggiano alle fermentazioni batteriche cui basta l'erba, anche secca; sono i ruminanti, la cui popolazione di microrganismi ruminali fornisce tutte le vitamine e gli amminoacidi che necessitano a partire dalla cellulosa e dalle proteine vegetali che ingeriscono con l'erba, ed i lagomorfi (conigli e affini) che ogni tanto sfruttano le fermentazioni del loro cieco per procurarsi ciò che manca. Come? Ogni tanto si mangiano la propria cacca, ma non una qualsiasi, una prodotta allo scopo detta ciecotrofo.

Però anche i ruminanti, i lagomorfi e quelle centrali metaboliche che sono i batteri eterotrofi necessitano di molecole organiche, ossia composti del carbonio a catena più o meno lunga, i meno esigenti sono i metanofili cui basta il metano-CH4 ed una fonte di azoto per produrre strutture e energia. 

I batteri sono come i professionisti artigiani di cui abbiamo bisogno talora in casa: così come un muratore, un idraulico o un elettricista hanno strumenti diversi per poter svolgere il proprio lavoro così ogni gruppo di batteri dispone di una cassetta degli attrezzi, un tool di enzimi per sfruttare le risorse a disposizione in loco. Per esempio gli Alcanivorax dieselolei marini mangiano le lunghe catene carboniose C-C-C-C- degli idrocarburi come il petrolio ma non possono sfruttare gli zuccheri, i Cycloclasticus pugetii sfruttano la naftalina e altre schifezze cancerogene (per noi, per loro sono pappa), Ideonella sakaiensis é in grado di smontare il PET, il tipo di plastica più usato al mondo, ed é l'unico organismo finora scoperto a nutrirsi di un prodotto totalmente sintetico e che, prima del 1940, in natura non esisteva

Gli autotrofi come piante verdi, alghe brune, molti batteri, non hanno invece bisogno d'altro che di sali minerali, acqua e anidride carbonica e, a partire da questi e dalla luce si costruiscono gli zuccheri, i grassi e le proteine, tutto da soli. Queste creature sono il tramite tra l'energia del sole e il nostro mondo. Sono coloro che rendono possibile invertire localmente l'entropia in quei contenitori di energia che sono le forme viventi, senza di loro il sistema biologico della terra non potrebbe sostenersi; collasserebbe. L'autotrofia trova la sua massima espressione in alcuni batteri, i cianobatteri o alghe azzurre, che, oltre ad essere fotosintetici per le catene carboniose, riescono addirittura a fissare nei propri tessuti l'azoto dell'aria per costruire gli aminoacidi: sono loro fenomenali organismi che hanno cambiato il volto della Terra, più di quanto potremo mai fare noi, (a meno di una guerra termonucleare globale) causando la catastrofe dell'ossigeno, ossia l'aumento del velenoso gas che oggi é una imprescindibile risorsa della vita complessa. 

Secondo alcuni é stata tale catastrofe che ha portato allo step della pluricellularità: tra i sopravvissuti quelli che hanno imparato a sfruttare il maledetto gas reattivo nella respirazione cellulare hanno usato il surplus energetico per aumentare il grado di complessità: nascono i metazoi (dalle spugne fino ai vertebrati)

* Inciso tecnico (un po' peso, siete avvisati)
Ci sono 3 cose delle quali tutti gli organismi necessitano: materiale da costruzione (per sostituire quello logorato), energia, e un solvente versatile come l'acqua in cui svolgere le reazioni biochimiche.
Fate finta che gli organismi siano un palazzo, questo necessita di manutenzione ordinaria. Come viene fatta? Con il lavoro di muratori e l'uso di materiali edilizi. L'energia sono i muratori che lavorano, il materiale da costruzione sono i mattoni (scheletri carboniosi, C-C-C-C........). La differenza tra autotrofi e eterotrofi sta nella capacità dei primi di farsi da soli i mattoni mentre i secondi devono fregarli da muri altrui e sono più o meno bravi a utilizzare ciò che trovano. Per quanto riguarda l'energia-lavoro dei muratori, alcuni si portano la colazione da casa (autotrofi) a altri gli devi fare tu il catering (eterotrofi). Animali, funghi, molti protozoi e alcuni batteri, ossia chi frega i mattoni e deve trovare i C-C-C-C- in altri esseri viventi freschi o più o meno frollati, ha sempre la necessità del catering. 

Chi é in grado di farsi i mattoni da solo (=fissare la CO2 per costruire i C-C-C-C......) ha quasi sempre i muratori autonomi ma qui c'è qualche rara eccezione: alcuni batteri drenano energia da fonti esterne (luce, minerali) ma necessitano di trovare i C-C-C-C... già fatti 

Non tutti i fotoautotrofi emettono ossigeno nascente, come fanno i cianobatteri, le alghe e le piante, tutti organismi che strappano l'idrogeno necessario per l'ultima fase della fotosintesi dalla molecola dell'acqua-H2O. Vi sono gruppi di anaerobi obbligati (per i quali l'ossigeno é un gas tossico) che, ovviamente, utilizzano altre sostanze: i solfobatteri verdi estraggono l'idrogeno dall'acido solfidrico-H2S, lasciano strati di puro zolfo giallo.

Spesso i batteri utilizzano fotoni di lunghezze d'onda diverse rispetto alle piante, dato che le loro clorofille hanno picchi di efficienza più spostati verso le basse energie (infrarosso vicino). Sono stati scoperti batteri nei black smokers che arrivano a sfruttare i fotoni della banda infrarossi che trasportano il calore: é come se noi drenassimo energia utilizzabile nei processi metabolici stando presso una stufa.

I batteri chemo-lito-autotrofi captano il contenuto energetico non dalla luce del sole ma dall'ossidazione di alcuni elementi  e lo "reinvestono" per fissare la CO2 nelle catene carboniose con cui costruire le strutture (sempre quelle: C-C-C-C....). É un sistema meno efficiente della fotosintesi (infatti esistono solo forme unicellulari di tali organismi) e più legato a specifici substrati ma, a sua volta, consente di ricavare energia chimica dove la luce non arriva. Ci sono 4 tipologie di substrati che i batteri chemosintetici possono far reagire con l'ossigeno per trarne energia: 

1) i batteri nitrificanti ricavano energia ossidando l'armoniaca a nitriti (Nitrosomonas) e questi in nitrati (Nitrobacter) rendendoli disponibili all'assorbimento da parte delle radici degli alberi 

2) i solfobatteri incolori (perché quelli verdi, già incontrati, sono fotosintetici) ossidano lo zolfo a solfati assorbibili dalle piante

3) i ferro batteri ossidano il ferro che diviene insolubile e colora l'acqua di rosso, in pratica fanno ruggine

4) gli idrogenobatteri ossidano l'idrogeno molecolare a acqua

Spesso vi sono associazioni batteriche in cui i sottoprodotti degli uni sono utilizzati dagli altri chiudendo dei cicli 

Vi cito un esempio di come la vita trova il modo di sfruttare ogni fonte disponibile: Mariprofundus ferrooxydans, nomen omen, ricava energia dal ferro, ossidandolo in presenza di ossigeno e appropriandosi degli elettroni esterni dell'elemento, poi utilizzati come fonte di energia. Si è visto che é possibile fornirgli direttamente corrente elettrica, ovviamente a bassissima tensione, per farlo prosperare. Un batterio che va a elettricità. 

Amiamoci così, senza pudor...
Poi c'è la riproduzione. E qui quando arriviamo agli organismi unicellulari dobbiamo fermarci un attimo a ragionare. Per noi riproduzione vuol dire: Alè! Si trombaaa!.
Quaggiù non è proprio così. Spesso riproduzione vuol dire semplice divisione in 2 cellule figlie identiche al genitore o in gemmazione di una cellula figlia dal genitore stesso. Un po' come se io, alla soglia del quarto di secolo, avessi gemmato un piccolo Robo, una versione più piccola di me ma geneticamente identica (lo so, un po' film horror...). Andando verso forme semplificate (che semplici certo non sono) puó capitare di perdere il maschio (varie popolazioni di insetti stecco) o di vederlo trasformato in un sacchettino di sperma (pesce Melanocetus) fino a che, nei batteri e protozoi, i 2 sessi non esistono più, e l'amplesso più feroce è uno scambio reciproco di materiale genetico (coniugazione)... Sexy eh!?
Talora, anche tra specie diverse i batteri si scambiano brevi pezzetti genetici con informazioni specifiche per produrre qualcosa: sono i plasmidi.

Spesso su questi carriers di DNA ci sono resistenze agli antibiotici e ciò, per noi, non è cosa buona. Sempre assecondando la mia modalità traspositiva vi faccio presente che è come se io, vedendo una ragazza con seni memorabili, riuscissi da lei ad ottenere il tratto genetico delle supertette (che poi passerei a mia moglie ;-).  Ció detto, ma allora, perché c'è il sesso? Non ci crederete ma del tutto sicuri non lo siamo. Una teoria, forse la più recente, ipotizza c'entrino le patologie infettive e parassitarie. Gli agenti di queste ultime sono molto rapidi nel loro adattamento all'ospite e rimescolare genomi di 2 individui distinti porta potenzialmente nuovi caratteri genetici di maggiore resistenza.
É un caso di Corsa della regina rossa, in cui 2 adattamenti subiscono una reciproca selezione (come quella tra predatori e predati) ma il sesso rende più spendibili ed espandibili i caratteri positivi acquisiti. Per la popolazione è un vantaggio.
* Inciso tecnico
La partenogenesi è una riproduzione senza maschio ma è considerata sessuata nel senso che c'è produzione di 2 gameti che si fecondano solo che entrambi provengono dallo stesso genitore. Non c'è immissione di nuovi tratti genetici ma il fenomeno autofecondativo comporta comunque gli stessi errori casuali di rimaneggiamento del DNA che si hanno in una riproduzione classica col maschio. Io la vedo come una forma di onanismo fondamentale, quando si dice far l'amore con se stessi :-)
Ok, produzione di energia, approvvigionamento nutrienti, sesso o chi per lui.
Fin qui ci siamo, è Vita.
Ma non siamo arrivati in fondo, mancano diversi passi ancora e sono quelli che ci metteranno in difficoltà.

Sempre più...semplice
Per prima cosa ricordiamo che i meccanismo evolutivi non "spingono" solo verso la complessità, ma anche verso la semplificazione, dipende dalla nicchia ecologica che si occupa, dipende dal caso.
Cosa c'è di più semplice di un batterio?
Intanto un batterio più semplice: gli endosimbionti ed i patogeni intracellulari obbligati, tipo Rikettsia, Chlamydia e... Midichloria.
Questi organismi hanno subito una semplificazione spinta e non possono vivere fuori dalle cellule dei loro ospiti, dove svolgono funzioni di aiuto o di franco danno (con possibilità di passare dalla seconda modalità alla prima per fenomeni evolutivi).
La Rikettsia è immobile, non forma spore e non puó sopravvivere all'esterno. Senza un insetto vettore non può spostarsi da un ospite all'altro: traslando a noi uomini è come se un individuo non potesse vivere fuori dai luoghi chiusi e per spostarsi l'auto che lo raccoglie dovesse giungere fin sulla soglia. Chlamydia, invece sporula, quindi non ha bisogno di vettori per spandersi ma se giunge ad una cellula e vi si piazza diventa un batterio minimalista: un sacchetto con dentro ciò che serve alla riproduzione (acidi nucleici) e nulla più; tornando all'individuo di prima, stavolta costui puó andare all'aperto, se vestito bello pesante, ma se entra in una casa piazza frigorifero e vasino da notte vicino al divano e non si sposta di lì. Questi 2 pur avendo abitudini simili non sono parenti tra loro: Chlamydia ha aspetti che la avvicinano ai cianobatteri-alghe azzurre Rikettsia ai proteobatteri, il gruppo più vasto di Gram negativi (una colorazione che individua specifiche strutture nella parete batterica) che comprende tanti patogeni ben conosciuti ed ubiquitari e gli utilissimi Rizobium, simbionti radicali delle leguminose cui consentono la fissazione dell'azoto atmosferico.  E Midichloria? É la fonte della Forza?...magari. In realtà è un misterioso organismo che si associa ai mitocondri di una specie di zecca e prova che i ricercatori conoscono la 2ª trilogia di Star Wars

Va bene, questi endoparassiti si moltiplicano dentro un brodino cellulare e solo lì, e lì dentro si nutrono ma fanno abbastanza per essere Vita? Sono immobili, e non sono neppure centrali energetiche, dato che tutto ciò che gli necessita viene loro servito in un piatto, anzi in un vacuolo, d'argento. Ma due cose su tre le fanno. Bastano? Diciamo di sì. Ma se andiamo oltre? Cosa troviamo? 

The edge of life?
Troviamo i virus. Immobili contenitori di acidi nucleici, i virus non si nutrono di nulla. Non assorbono alcunchè, non producono energia, non si riproducono autonomamente. Sono casette fatte di proteine con dentro un acido nucleico che, tradotto, codifica per quelle e poco altro

Sono parassiti del sistema di trascrizione del DNA cellulare che asserviscono alla traduzione del PROPRIO materiale genetico  per costruire copie di sé. Molti usano i sistemi cellulari per costruire la "casina proteica" ma anche degli enzimi propri del virus che servono per replicare il codice virale che dentro la casina andrà ad abitare; altri sono ancora più "mangiapane a tradimento" perché per la riproduzione dei loro acidi nucleici vengono sfruttati esclusivamente gli enzimi della cellula invasa, senza alcuna compartecipazione. Questi ultimi sono come libri di Aristotele trascritti continuamente da zelanti chierici (le cellule), l'unica fatica che devono fare é entrare, casualmente, nello scriptorium per poi uscirne in molteplici copie destinate agli altri monasteri.

I virus sono i parassiti per antonomasia, quelli di maggior successo; si stima che per ogni batterio sulla Terra ci siano circa 10 virus batteriofagi che tentano di "usarlo", in una continua corsa della Regina rossa (n'artra vorta!?).
Quindi come li consideriamo 'sti cosi? Vita o nanomacchine biologiche casuali?
*Inciso tecnico
Ma da dove vengono i virus? Va da sè che prima del parassita deve essere esistito il parassitato, quindi non sono forme basali ma derivate. Estremizzazioni della semplificazione biologica. Sì, ok, ma da dove vengono? Chi sono i loro parenti più prossimi? Non lo sappiamo, forse qualche batterio ma è difficile basarsi sull'analisi dei geni perché molti di questi animaletti sono dei cavalli di Troia genetici: inseriscono tratti del loro DNA in quello cellulare e ne asportano talora pezzetti. Non sappiamo se si sono evoluti una singola volta e poi adattati a tutti gli altri viventi o se ogni regno (animali, vegetali, batteri etc) li ha prodotti, prima o dopo, autonomamente. Anche il DNA dei vertebrati è pieno di tratti genetici virali ed alcuni sono anche utili. Un tratto acquisito da antichi colonizzatori virali è implicato nella placentazione, quindi, forse, ció che ci individua maggiormente come mammiferi è il risultato di una devirulentizzazione di un patogeno cui è corrisposto, in qualche modo il più incredibile fenomeno evolutivo dopo la conquista della terraferma e l'invenzione dell'uovo amniotico. Tra loro proviamo a imparentarli: ci sono quelli a DNA che si riproducono integrando il loro materiale genetico nel nucleo, quelli a RNA che (di solito ma non sempre) non hanno bisogno di viaggiare fino al nucleo cellulare, gli basta arrivare ai ribosomi citoplasmatici e usano quelli per codificare le proprie proteine; alcuni Retrovirus, come l'HIV, sono a RNA ma decodificano nei ribosomi un enzima detto transcrittasi inversa che porta alla formazione di tratti di DNA che si integrano in quello cellulare, disponendo così una sorta di riserva.

Riguardo alla forma del capside (la casetta proteica in cui sta il materiale genetico), molti sono piccoli e regolari icosaedri; altri sono a forma di proiettile (virus della Rabbia) o filamentosi (alcuni tra i più cattivi come Ebolavirus e Marburgvirus) o rotondeggianti (poxvirus del Vaiolo); alcuni freddolosi ;-) si procurano anche un cappottino lipidico esterno, l'envelope, uscendo dalla membrana cellulare (è un pezzetto di quella).

 I più strani sono i batteriofagi, che assomigliano (e tali sono) a strane siringhe per inoculare il loro DNA, ed i recentemente scoperti Pandoravirus, grandi come batteri, molto somiglianti ai batteri al microscopio, e con tanti geni originali; non si sa da dove vengano e di chi siano parenti. 

Ma c'è qualcosa di più semplice di un virus? Sì, c'è.
I virus hanno un contenitore proteico su cui ci sono recettori per interagire con le membrane cellulari delle loro ospiti, a volte questi capsidi sono complessi, a volte ci sono envelopes multipli, ma i viroidi no.
I viroidi sono anelli di RNA e basta.
I viroidi sono il minimo, l'essenziale, il seme nudo della Vita, se vita sono.
Sono patogeni di piante e la loro singola catena di nucleotidi non codifica per alcuna proteina (a differenza dei virus, i cui acidi nucleici codificano le proteine del capside, sempre, ed enzimi replicativi dell'acido nucleico, spesso) ma "costringe" semplicemente un'enzima replicativo cellulare a farne copie; il massimo risultato col minimo sforzo. Talora si comportano da satelliti di altri virus ed allora ricevono in premio un capside ed assumono il nome di virusoidi. Alcuni li considerano relitti viventi(?) dell'ipotetico mondo a RNA esistito prima del nostro ma potrebbero sbagliarsi. Un viroide è sostanzialmente un codice che si perpetua, letto con strumenti altrui, se pensiamo che la persistenza di detto codice indichi la Vita allora i viroidi sono Vita. Ma se un codice che induce un effettore biologico a replicarlo é vita , allora anche alcuni nostri codici di grande e imperituro successo replicativo sono vita: la Bibbia e il catalogo Ikea tra quelli di maggior diffusione :-)
Allora siamo giunti in fondo eh? Lo siamo, finalmente!?
Beh, per quanto riguarda gli acidi nucleici, sì.
Rimane un effettore biologico da considerare: i Prioni.

Essere o non essere...
Cosa diavolo è un prione? Un prione è una proteina. Una proteina come la gliadina del glutine, come gli enzimi, come il collagene del derma, come quelle che costituiscono il tessuto muscolare e un'infinità di altre, noi siamo fatti sostanzialmente di acqua e proteine; a parte il grasso (che è tessuto di deposito energetico) siamo un frullato proteico altamente organizzato.
Il prione normalmente è una proteina che svolge un'azione a livello di cellule nervose ed ha un suo ruolo ben preciso ed importante. É una proteina buona e disciplinata ma, se viene a contatto con un prione "cattivo" ne viene corrotto, la sua conformazione cambia e diviene anche lui "cattivo"; così, a poco a poco, viene reclutato un esercito di proteine mutate che tra l'altro sono resistentissime anche alla cottura ed ha tutti quei fattori che agiscono facilmente denaturando gli acidi nucleici di virus e batteri come calore e disinfettanti.
Non è roba da poco, le patologie prioniche causano encefaliti spongiformi incurabili nell'uomo e altri mammiferi, malattie che ti ammazzano per certo, anche se talora lentamente: parliamo di encefalite spongiforme bovina ("mucca pazza") di morbo di Kreutzfeldt-Jacob, di Kuru (la malattia che colpisce gli Yanomami che si nutrono del cadavere dei loro cari dopo la morte avvenuta) di Scrapie delle pecore. A parte quest'ultima che ha forse vie di trasmissione peculiari tutte le altre si assumono tramite ingestione di carni in cui c'è il prione (esistono anche forme in cui una mutazione genetica è causa dell'incattivimento ma sono meno interessanti per il nostro discorso). Il prione non ha acidi nucleici, non c'è il codice... allora è una sorta di tossico organico? Tipo un veleno di serpente? Si sarebbe portati a pensarlo ma le varie tossine prodotte da batteri e altri organismi non è mica che trasformano le sostanze con cui vengono in contatto in copie di se stesse, hanno un'azione tossica intrinseca, un meccanismo d'azione specifico, e buona lì. Il prione è come un efficace predicatore, converte alla propria causa i propri simili ancora legal; come faccia ciò non è chiaro ma, se gli adepti sono abbastanza (ed è facile che lo siano vista la completa resistenza alla cottura ed al filtro gastrico) formano una vera e propria rete dentro le cellule che porta al lato oscuro tutte le proteine che ne subiscono il fascino, evidentemente parecchie.

Non è una vera replicazione, è un arruolamento.  E poi ti secca, e ti secca male, visto che ti consuma il cervello. Quindi forse la malattia prionica è un effetto collaterale della complessità del sistema nervoso, il più "alto" dei tessuti; non esistono patologie analoghe che colpiscano il fegato o, che so, i reni.
Quindi, alla fine, cos'è un prione?
É Vita?

Supplemento 1: la lumaca verde

Se c'é una cosa che incontra facile il nostro categorizzare é la differenza tra vegetali e animali. Questo aspetto é un grado che ha un'utilità descrittiva di facciata ma non corrisponde a un effettivo legame di parentela che ci aiuti a ricostruire l'albero della vita. Esempio classico, i funghi sono evolutivamente più vicini agli animali che alle piante, e questa é una cosa che sfida il senso comune. Quando ci si sposta sugli organismi unicellulari tutto diviene più complesso: le alghe unicellulari sono verdi e si muovono ma non é automatico siano "piante", almeno non nel senso che diamo noi alla parola. Lì é molto difficile discernere i gradi di parentela che sono profondissimi ormai nel tempo. Però quel mondo invisibile ci appartiene così poco che non mette mai in crisi le sezioni di significato che abbiamo costruito. Ogni tanto succede però qualcosa di incredibile come... una lumaca verde. Sotto Elysia viridis

E Elysia chlorotica

Le lumache paiono maestre nel fregare pezzetti altrui: alcuni degli splendidi nudibranchi si nutrono spesso di Cnidari (attinie, coralli) di cui digeriscono tutto tranne le cellule deputate alla difesa ancora immature. Queste ultime vengono raggruppate in zone della cute del nudibranco deputate al loro nutrimento e sviluppo, i cnidosacchi. Qui le celluline difensive, una volta maturate, nutrite dal lumacone, sono arruolate per la difesa del loro "nuovo corpo".

A me sta cosa già un po' mi stordisce...

Ma le Elysia vanno ancora oltre se possibile. Non sono verdi perché hanno pigmenti di questo colore, lo sono perché si nutrono di alghe di cui però non digeriscono i cloroplasti (gli organuli verdi delle piante in cui si svolge la fotosintesi) ma li arruolano, li schiavizzano a loro beneficio. E lo fanno così bene che possono sopravvivere mesi senza nutrirsi sfruttando il lavoro coatto degli organelli rubati. La selezione ha favorito in queste 2 specie la formazione di rugosità è una forma del corpo che massimizzi la raccolta di luce, creando sorta di foglie semoventi e non per motivi di mimetismo come fa l'insetto foglia che di vegetale ha solo l'apparenza. Ma i cloroplasti da soli non sopravvivono e quindi le lumachino hanno bisogno di geni specifici per produrre le sostanze di cui gli organelli necessitano e così le lumachine hanno rubato anche quelli: TRASFERIMENTO ORIZZONTALE DI GENI. I batteri lo fanno da sempre scambiandosi i già citati plasmidi ma é stato anche rilevato come alcuni batteri del suolo possano inglobare pezzi di DNA da materiale in decomposizione non per assimilarlo ma per integrarlo nel proprio codice genetico! Come se io invece di mangiarmi semplicemente un pollo ne estraessi un tratto genetico che tradotto mi fornisse, che so, le penne. (Tra parentesi, dalle ultime scoperte, pare che il trasferimento orizzontale di geni sia stato pervasivo anche negli animali superiori, probabilmente tramite i soliti virus, e rappresenti quindi un potentissimo motore evolutivo 

Cos'e 'sta roba? Parassitosi?...effettivamente i cloroplasti sono asserviti. Ma i cloroplasti non sono un'entità intera, sono "pezzettini" di un'alga, é una sorta di trapianto violento e coatto. Simbiosi? Ma l'alga non ci guadagna nulla, viene mangiata, al limite ci guadagnano i cloroplasti che non ci lasciano le penne come sarebbe di norma, ma ancora una volta i cloroplasti non sono un entità indipendente anche se ne sono i discendenti, secondo la teoria prevalente, vedi sotto

Supplemento 2: Il tumore infettivo

Le neoplasie sono disfunzioni del patto che un organismo pluricellulare fa con le sue parti fondamentali: le sue stesse cellule. Di norma si rema tutte nella stessa direzione e ai geni conviene perché, anche se non espressi nel medesimo modo, loro sono ugualmente presenti in tutte le cellule. Queste hanno, tutte, un numero limitato di possibilità di dividersi: si va dai neuroni che, in gran parte, non si riproducono affatto, alle cellule basali delle mucose che non fanno altro. 

A volte, però, questo programma va a carte quarantotto e alcune cellule insurrezionaliste creano una propria comunità indipendente ma continuando ad appoggiarsi sul sistema sociale (ossigeno e nutrienti per via ematica). Alcune creano società chiuse che crescono lentamente (tumori benigni) altre decidono di operare una lotta armata, invadendo le strutture locali e spedendo agenti sotto copertura in giro (metastasi). Tra le altre cose le cellule neoplastiche "decidono" che la loro discendenza non avrà mai fine. 

Se il corpo é un'orchestra sinfonica, un tumore é un chitarrista rock che irrompe  durante una sinfonia e non sempre viene silenziato; talvolta vince lui e vecchi violinisti vengono convinti ad imbracciare il basso elettrico finché la cacofonia ha il sopravvento su tutto.

Alla selezione naturale non interessa se muori, interessa quando muori: se accade prima che tu ti sia riprodotto allora i tuoi geni sono scarsi (in quella nicchia), ma se lasci una vasta discendenza, e se lo fai in una sola botta, allora puoi morire un secondo dopo esserti accoppiato, non interessi più... 

Se non sei una balenottera azzurra con una caterva di cellule (quelle di una balena sono grandi più o meno come quelle di un topolino) non é così importante che tu sia così protetto dallo sviluppo di neoplasie, almeno non oltre un certo livello, almeno non oltre una certa età.

Il tumore però distrugge l'organismo che lo ospita e così si condanna a morte, finisce tutto lì...quasi sempre. 

Questo animalino è il diavolo di Tasmania

 É sempre incazzato e affamato e quando si trova con i suoi simili, soprattutto se c'é da disputarsi del cibo, non passa volta che non ci scappi una zuffa e volino morsi; niente di grave, di solito. Qualche tempo fa però hanno cominciato a presentarsi aggressivi tumori facciali in numero elevato, in particolare in certe popolazioni di diavoli. Vi risparmio le foto.

Un tumore ha elevate capacità di nascondersi al corpo che lo ospita, o meglio alle difese del corpo stesso contro di lui. In realtà, nel corso di una vita, queste riescono più di una volta a localizzare cellule anarchiche e a distruggerle ma queste ultime, a volte, beffano il sistema quasi blandendolo (chimicamente) e iniziano la colonizzazione. Però i tumori non sono trasmissibili, e perché manca una modalità di passaggio efficace e perché un individuo diverso reagisce efficacemente operando un vero e proprio rigetto. Per cui é stata una grande sorpresa scoprire il terzo caso mai registrato di una neoplasia trasmissibile nei mammiferi (esistono parecchi virus che causano tumori ma é il virus che si trasmette, non il tumore stesso). Com'é stato possibile? Ancora non si ha la prova ma l'ipotesi é la seguente.

Tra i tumori maligni che si sviluppano, nel corso del tempo, in una qualsiasi popolazione é plausibile che ogni tanto le cellule metastatiche si localizzino in diversi tessuti, tra cui, per dire, le ghiandole salivari; non sarà una cosa frequente ma il numero di eventi, nel corso della storia di una specie é enorme. Se accade in un uomo, in una mucca, anche in un carnivoro, le probabilità che tali cellule raggiungano il sangue di un conspecifico é bassa, ma se c'é un mammifero in cui questo può accadere é il diavolo di Tasmania. Tante volte sarà successo, altrettante volte le difese dell'infettato avranno cassato le cellule del tumore altrui ma, almeno una volta le cose non sono andate così. Può darsi che i diavoli, essendo una popolazione molto ristretta, siano geneticamente così omogenei da aver favorito l'auto-trapianto della neoplasia. In ogni caso é capitato e il tumore si é liberato dal corpo che lo ha generato, non é morto con esso, é diventato un patogeno, é diventato...vivo?

*Inciso tecnico

Il diavoletto é in grande pericolo.

Siamo in un'isola, i contatti sono frequenti e il tumore sta facendo crollare la popolazione che, prima, non era considerata in pericolo, ora sì. Il tumore é cambiato, mutato in almeno 2 diverse sotto popolazioni cellulari; può darsi cambi ancora, divenendo più subdolo. É sperabile per l'animalino tasmaniano ma anche per il patogeno, perché se annienta la popolazione di diavoli, alla fine, perirà anche lui. L'espansione è stata, per ora, inarrestabile 

C'é da chiedersi cosa stia succedendo. Il tumore si diffonde maggiormente tra gli individui dominanti al contrario di quanto si potrebbe pensare. Sono questi ultimi che si disputano il cibo e sono quelli che si morsicano vicendevolmente più spesso. Sono anche quelli che trasmettono i propri geni più degli altri, accoppiandosi di più, quindi trasmettono anche la suscettibilità al tumore. Un caso in cui la fitness riproduttiva si sta rivoltando contro se stessa...

Supplemento 3: Il gene egoista, ma molto egoista...(pesino, o siete bio-fanboys o fermatevi qui)

I geni sono egoisti senza saperlo. Sono egoisti semplicemente perché se non lo fossero non si sarebbero duplicati e non avrebbero lasciato una discendenza. Posta alle estreme conseguenze questa visione riduzionista fa sì che ogni sovrastruttura, dal complesso metabolismo cellulare alla pluricellularità con le sue specializzazioni, la sessualità, il comportamento animale nel suo complesso, non sono altro che modi diversi (nuove nicchie) di massimizzare la fitness riproduttiva di una sequenza di basi, in definitiva di un messaggio.

*Inciso tecnico

 I geni sono posti in loci specifici nell'ambito dei cromosomi i quali costituiscono sostanzialmente una forma di organizzazione del materiale genetico degli eucarioti (le cellule con il nucleo). I geni che codificano per una medesima proteina o hanno la medesima funzione non sono tutti identici ma la loro popolazione é costituita da un insieme di alleli leggermente diversi l'uno dall'altro, dovuti alle mutazioni casuali. Questi si accoppiano nelle cellule eucariote, che ne ricevono, nella riproduzione sessuata, uno dalla mamma e uno dal papà. Possono essere alleli identici o diversi e uno può essere totalmente o parzialmente dominante sull'altro: l'esempio classico é quello che riguarda l'ereditarietà del colore degli occhi.

Ok, però i geni fanno parte di un genoma, sono parte di un'unicum mutevole, possono essere modificati, acquistati, anche persi nel corso dell'evoluzione ma é difficile considerarli entità singole estrapolate dal contesto entro il quale svolgono la loro funzione. 

*Inciso tecnico 

Molti esseri viventi, tra cui noi, sono per lo più diploidi, cioè ricevono una copia di ogni gene dalla madre è una copia dal padre e hanno quindi un genoma 2N. Quando mamma e papà (pure loro diploidi) formano i gameti dividono il genoma 2N, infatti spermatozoi e ovuli femminili sono 1N e tornano 2N nella fecondazione. É chiaro così perché alcuni fratelli possono apparire molto diversi tra loro: é vero che entrambi hanno un 50% da mamma e papà ma, in teoria, uno potrebbe ricevere un 50% da un nonno paterno e un 50% da un nonno materno e l'altro fratello un esatto reciproco. Sarebbero praticamente non parenti genetici l'uno dell'altro, a parte i mitocondri che sono sempre quelli della mamma. Penso non succeda quasi mai, per motivi statistici, ma mi serve come esempio. 

In realtà esistono geni che usano i meccanismi cellulari a proprio vantaggio: i trasposoni si fanno tradurre in varie copie piazzate qua e là nel genoma e esistono geni c.d. MEDEA (maternal effect dominant embryonic arrest) che promuovono la propria sopravvivenza nella discendenza a costo della stessa. Come fanno?

Se un gene portatore M è presente nella parte materna, la trascrizione di una porzione del gene porta alla sintesi di una tossina che viene depositata nei gameti, quando questi ultimi si fondono con quelli maschili la tossina uccide gli embrioni a meno che non vi sia trasmesso anche il gene M stesso (da madre o da padre) la cui completa trascrizione porta alla sintesi di un antidoto: in soldoni, se loro non ci sono non ci può essere discendenza. Sotto i morti sono quelli grigi, senza MEDEA

La cosa risulta un po' strana perché diminuisce l'efficacia riproduttiva, ma pare essere stata rilevata più di una volta negli eucarioti. Questi geni sono stati identificati anche in alcuni lieviti, funghi ascomiceti la cui sessualità é molto diversa da quella degli animali. In essi dei geni chiamati wtf non consentono ai gameti-spore di sopravvivere senza di loro con lo stesso meccanismo di veleno/antidoto vista sopra

Questi geni, come tutti gli altri, sono solo un pezzettino di una contenitore più grande, il genoma, ma sono così egoisti da non consentire all'evoluzione di lasciarli indietro... Sono vivi o sono solo stronzi?