Scienze in biblioteca

Stefano Bagnasco, Andrea Ferrero, Beatrice Mautino, Sulla scena del mistero, Milano : Sironi, 2010.

Il testo qui sotto riprende un incontro per i bibliotecari del Sistema bibliotecario dell’Ovest Como che ho tenuto il 14 giugno 2012 a Olgiate Comasco. Ho omesso la parte sul passaggio dalla dodicesima alla quattordicesima edizione ridotta della Classificazione decimale Dewey che presenterò in un articolo a parte.

Parte I. Scienza e metodo scientifico

Su cosa sia la scienza si potrebbero scrivere (e infatti sono stati scritti) libri interi. Qui ci acconteremo di definirla con due parole: conoscenza oggettiva. Questa definizione distingue la scienza da altri approcci al mondo. E’ quello che viene detto “problema della demarcazione”, che significa, come dice la parola, marcare il territorio della scienza. L’esempio classico che viene fatto a questo proposito è quello della religione, che non si basa sulla conoscenza oggettiva, ma sulla fede. Ciò non significa che scienza e fede siano incompatibili. Semplicemente agiscono in campi diversi. Stephen Jay Gould parlava di “magisteri paralleli”.

Un altro esempio possono essere le affermazioni ricorrenti nei testi di alchimia secondo le quali l’opera alchemica può riuscire solo se viene intrapresa con purezza di intenti. Nel campo scientifico, una reazione chimica è uguale per tutti, che siano persone ineccepibili o, invece, immorali.

Viene spesso, e giustamente, sottolineata l’importanza degli esperimenti in laboratorio. Va però aggiunto che non tutta la conoscenza scientifica passa per il laboratorio. In biologia, per esempio, ci sono esperimenti in laboratorio (o anche in natura), ma anche osservazioni sul campo che pur non essendo esperimenti, sono comunque a pieno titolo scienza, come nel caso dell’etologo che osserva il comportamento degli elefanti o del biologo che osserva le interazioni tra i diversi organismi in una foresta.

La scienza, essendo conoscenza oggettiva, deve poter essere condivisa. Una caratteristica fondamentale dell’esperimento scientifico è la riproducibilità. Altri studiosi possono fare a loro volta la prova e vedere se ottengono lo stesso risultato.

Un concetto che viene spesso chiamato in causa nella filosofia della scienza è quello di falsificabilità, discusso da Karl Popper e ripreso da altri. In questa accezione, come è noto, “falsificare” non significa commettere una frode, ma mostrare che un’affermazione non è vera. Potremmo rendere “falsificare” con “smentire”. Un’ipotesi, per potersi dire scientifica, deve essere falsificabile, ovvero deve esserci un esperimento o un’osservazione il cui risultato può confermare, ma, se non è quello aspettato, anche smentire l’ipotesi.
Seguendo questa impostazione, si dice che un’ipotesi scientifica potrà avere una serie di conferme da esperimenti e osservazioni e quindi essere corroborata, ma non si potrà mai dimostrare in modo definitivo che è vera, perché un successivo esperimento (o osservazione) potrebbe smentirla. Una conclusione potrebbe essere che una teoria può restare valida finché non viene “falsificata” e a quel punto dovrebbe essere abbandonata. In realtà, la questione è più complessa. Se una teoria (ricordiamo che nel linguaggio scientifico una teoria non è una semplice supposizione, ma qualcosa che ha una solidissima base empirica) ha sino a quel momento spiegato in modo preciso i fenomeni, è difficile che sia completamente da buttare via. Il risultato negativo, se confermato, porterà piuttosto a modificare alcune parti o a inserire la teoria in un contesto più ampio. Imre Lakatos distingueva il “falsificazionismo ingenuo” da un “falsificazionismo sofisticato”, dicendo che una teoria è composta da un nucleo centrale e da affermazioni accessorie che potrebbero essere abbandonate senza che sia intaccato il nucleo della teoria.

Dire che la scienza è conoscenza oggettiva non significa sostenere che lo scienziato deve limitarsi a raccogliere dati senza darne interpretazioni. Avere dati a disposizione è sempre utile e nel servizio di consulenza in biblioteca può capitare di dover rispondere a richieste di questo tipo. Internet può essere di grande aiuto per reperire dati. Tutti conoscete Wikipedia, dove si possono trovare molti dati e che può essere un buon punto di partenza per ulteriori ricerche. Possiamo segnalare anche Wolfram Alpha, un motore di ricerca computazionale. Inserendo alcune parole possiamo avere in modo rapido una risposta. Per esempio scrivendo “lifespan horse” ci viene riferito che la massima longevità conosciuta per un cavallo è di 57 anni oppure chiedendo “convert 1 l of water to molecules” verrà offerto il risultato di 3,34 x 10^25 molecole.

I dati da soli, però, non dicono tutto. Se non si ha una buona ipotesi su cui lavorare, si possono avere i dati davanti agli occhi senza cogliere il loro significato. Dati maneggiati incautamente possono persino essere fuorvianti. Guardiamo la tabella qui sotto, nella quale viene indicato il numero di calciatori della serie A italiana per ogni segno zodiacale.

Segni zodiacali dei calciatori del campionato di serie A italiana del 2009-2010
(grafico realizzato con Excel)

Differenze così ampie, da 70 per l’ariete a meno di 30 per il sagittario, non sembrano proprio da attribuire al caso. Abbiamo allora una prova che c’è una correlazione tra segni zodiacali e talento calcistico? La risposta è no. Esiste una spiegazione razionale. In Italia le squadre dei ragazzi sono formate con le “leve calcistiche” riferite ai diversi anni. Tra i nati nello stesso anno, però, il ragazzino nato a gennaio o febbraio ha quasi un anno in più di quello nato a novembre o dicembre e, tra i giovanissimi calciatori, questi mesi di differenza contano in termini di sviluppo fisico. Quindi quelli nati negli ultimi mesi dell’anno partono svantaggiati. Nelle squadre giovanili la differenza è netta. Quando si arriva all’età adulta, il divario si è ammorbidito, ma resta ancora traccia della selezione iniziale per età relativa. Dunque il sagittario non ha pochi calciatori perché gli astri negano il talento, ma perché comprende i nati tra novembre e dicembre. A conferma di ciò, si può vedere ciò che succede con il capricorno, segno diviso tra dicembre e gennaio. In proporzione al numero di giorni, i “capricorni” di dicembre tra i calciatori sono pochi e quelli di gennaio molti (per maggiori dettagli si può vedere questo articolo: Calcio e segni zodiacali, “Mah”, n. 20, giugno 2010, pp.1-2).

Un esperimento può dare risultati inattendibili se non viene condotto in modo corretto. Vedremo con qualche esempio l’importanza del campione di controllo, della dimensione del campione, degli esperimenti in cieco, dell’attenzione ai bias.

La “Biowashball” è una palla di plastica che permetterebbe di lavare senza detersivo. E’ proprio vero? I suoi sostenitori dicono di aver verificato loro stessi che, messa la magica pallina in lavatrice, il bucato esce pulito. Non c’è motivo di dubitarne: da che mondo è mondo, l’acqua lava e quindi il bucato messo in lavatrice, anche senza detersivo, uscirà più pulito di come era quando l’abbiamo buttato dentro. Per vedere se la “Biowashball” è efficace si dovrà avere un campione di controllo. Si faranno quindi lavaggi con capi uguali, macchiati allo stesso modo, con un uguale programma della lavatrice, una volta mettendoci la pallina e un’altra (campione di controllo) senza metterla. E’ quel che ha fatto, per esempio, la rivista “Altroconsumo”, scoprendo che il bucato fatto con la pallina e quello senza danno risultati uguali. Dunque a lavare è solo l’acqua: la “Biowashball” non contribuisce in alcun modo. Al contrario, un uguale bucato fatto aggiungendo un detersivo dà risultati molto superiori a quello fatto senza di esso (sulla “Biowashball” e altri prodotti simili, si può vedere l’articolo Palline magiche per il bucato, “Mah”, n. 16, giugno 2009, pp.1-2).

Quando nell’esperimento sono coinvolti organismi viventi, tanto più se si tratta di persone, le cose si fanno più complesse. C’è ovviamente un aspetto etico: per esempio, per valutare il decorso di una malattia di una certa entità non si può certo pensare di sospendere le cure ad alcuni pazienti per fare un confronto con chi, invece, le riceve. Ci sono poi problemi concreti nella costruzione del gruppo su cui sarà testato ciò che si vuol scoprire e del gruppo di controllo. Per esempio, non tutti reagiscono allo stesso modo a un’influenza e al farmaco per curarla. Quindi la dimensione del campione dovrà essere abbastanza ampia in modo da poter presumere che le differenze individuali non influenzino il risultato.

La riflessologia plantare è una pratica “alternativa” basata sul presupposto che esista un collegamento tra alcuni punti sulla pianta del piede e gli organi del corpo umano: stimolando un determinato punto del piede si produrrebbe un effetto positivo sull’organo che ad esso corrisponderebbe. Ciò sarebbe dovuto a presunti canali energetici. Nonostante ogni giorno vengano compiuti esami su chissà quanti corpi umani, nessuno ha mai potuto appurare l’esistenza di “meridiani”, “chi” e misteriose “energie” e la spiegazione più plausibile per il fatto che non siano mai stati osservati è, ovviamente, che non esistano. Il fatto, però, che la spiegazione non sia credibile non implica necessariamente che il fenomeno non esista. Potrebbe esserci un’altra spiegazione. L’esistenza di un fenomeno, comunque, può essere appurata anche se non ne conosciamo le cause. Mettendo da parte, quindi, i canali energetici, possiamo comunque valutare se la riflessologia plantare produce degli effetti.

Fabrizio Benedetti,
L’effetto placebo,
Roma : Carocci, 2012

Immaginiamo di avere due gruppi di persone con asma. A chi fa parte del primo gruppo viene praticata la riflessologia plantare, a chi fa parte del secondo no. Se nei primi si nota un miglioramento rispetto agli altri, possiamo concludere che funziona? La risposta è no. Quando si ha a che fare con esseri umani, infatti, bisogna tener conto dell’aspettativa del soggetto. Se il soggetto crede che il trattamento darà un beneficio, già questo produrrà un effetto positivo, anche se il trattamento fosse di per sé inefficace. E’ il fenomeno noto come effetto placebo. Un campione di controllo deve dunque riprodurre anche questo effetto. Nel caso di un farmaco, si darà a un gruppo la pillola “vera” e all’altro (campione di controllo) il placebo. Ovviamente il soggetto non deve sapere se sta ricevendo il vero trattamento o il placebo. I trial fatti in questo modo vengono detti “in cieco“.
Per la riflessologia plantare, si può usare un trucco. Ai soggetti di un gruppo verranno stimolati i punti prescritti, a quelli di un altro, invece, dei punti a caso. E’ quello che hanno fatto, per esempio, Thor Brygge e colleghi in uno studio sull’effetto della riflessologia plantare sull’asma bronchiale (T. Brygge et al., Reflexology and bronchial asthma, “Respiratory medicine”, 95 (3), 2001, pp.173-179:  abstract, articolo in formato pdf). Non si è rilevata differenza tra i due gruppi.
Anche altri studi sono giunti alle stesse conclusioni e una revisione sistematica fatta da Ezdard Ernst (Is reflexology an effective intervention? A systematic review of randomised controlled trials, “The Medical Journal of Australia”, 191 (5), 2009, pp.263-266) e aggiornata dallo stesso Ernst insieme a due altri studiosi (E. Ernst, P. Posadzki, M. S. Lee, Reflexology : an update of a systematic review of randomised clinical trials, “Maturitas”, 68 (2), 2011, pp.116-120) ha tirato le somme: la riflessologia plantare non funziona (o, se si vuole essere pignoli, ha gli effetti di un massaggio ai piedi, che per qualcuno potrebbe magari essere rilassante, ma non mostra nessuna corrispondenza tra zone del piede e organi del corpo).

Ci sono altri tipi di riflessologia come la riflessologia palmare, nella quale stimolazione viene esercitata sui palmi delle mani, o l’auricoloterapia, nella quale è compiuta sulle orecchie. Esistono anche presunte tecniche diagnostiche come l’iridologia, secondo la quale osservando l’iride si potrebbe scoprire se un organo ha problemi di salute (anche in questo caso alle diverse zone dell’iride corrisponderebbero i diversi organi), o persino la dentosofia, che associa quel che si può notare nei denti a problemi di salute del corpo o addirittura psicologici. Nessuna di queste pratiche si è dimostrata valida.

C’è anche un “effetto sperimentatore“. Chi fa un esperimento potrebbe tendere a dare, anche inconsciamente e in buona fede, un’interpretazione più favorevole alle sue aspettative. Dunque, potrebbe essere utile che se in un esperimento si deve dare una valutazione qualitativa su un fenomeno, chi la deve dare non sappia se ciò che osserva fa parte del gruppo che ha ricevuto il trattamento che si sta studiando o del campione di controllo.

Stefano Ossicini, L’universo è fatto di storie non solo di atomi, Vicenza : Neri Pozza, 2012, dedica un capitolo (pp.101-117) alla “memoria dell’acqua”.

Un esempio dell’importanza del “cieco” sullo sperimentatore è il famoso (o famigerato) esperimento di Jacques Benveniste sulla “memoria dell’acqua” pubblicato su “Nature” nel 1988 (E. Davenas et al., Human basophil degranulation triggered by very dilute antiserum against IgE, “Nature”, 333, 1988, pp.816-818 – pdf). Secondo l’équipe di Benveniste, un antisiero anti-immunoglobuline E provocava la degranulazione dei basofili anche a diluizioni elevate. Per diluizioni elevate si intendeva un numero di diluizioni tali da rendere del tutto improbabile che rimanga anche una sola molecola del soluto. Tuttavia, secondo Benveniste e colleghi, pur non essendoci più molecole dell’antisiero, l’acqua manteneva una sorta di “memoria” del fatto che era stata in contatto con esso e la trasmetteva alle altre molecole di acqua in cui veniva diluita (anche questa seconda ipotesi era per loro necessaria dato che, con un numero così elevato di diluizioni, diventava del tutto improbabile anche trovare una singola molecola dell’acqua delle prime diluizioni, quando ancora c’era qualcosa del soluto).  I revisori di “Nature” ovviamente si mostrarono increduli: queste affermazioni erano in totale contrasto con le conoscenze scientifiche. Siccome, però, di “memoria dell’acqua” ormai si parlava, la rivista accettò di pubblicare l’articolo, accompagnato da una “editorial reservation” in cui si esprimevano i dubbi, a condizione che l’équipe di Benveniste accettasse di ripetere l’esperimento alla presenza di controllori scelti da “Nature”. Benveniste e colleghi accettarono e a controllare andarono il direttore di “Nature” John Maddox, il chimico Walter Stewart e l’illusionista James Randi, specialista nello svelare trucchi. I tre notarono che Elisabeth Davenas, che valutava la degranulazione, quando lo faceva era al corrente del fatto che quanto guardava apparteneva al gruppo trattato o al campione di controllo. Introdussero dunque il “cieco” per la sperimentatrice: le provette sarebbero state numerate e Davenas avrebbe dovuto esprimere il suo parere senza sapere se vedeva campioni trattati o no. Solo dopo le sue risposte si sarebbe aperta la busta con il foglio su cui era stato scritto quali provette erano trattate e quali no. A questo punto l’acqua perse la “memoria”. I risultati, insomma, non erano nella sostanza osservata, ma negli occhi di chi osservava (J. Maddox, J. Randi, W. W. Stewart, “High-dilution” experiments a delusion, “Nature”, 334, 1988, p.368 – pdf).

Un esperimento in cui né il soggetto né lo sperimentatore non sanno se hanno a che fare con il “vero” o con il controllo viene detto “in doppio cieco“. Si parla anche di “triplo cieco” quando anche la persona incaricata di fare l’analisi statistica dei dati non sa se i numeri che tratta si riferiscono al “vero” o al “controllo”.

I risultati di studi, osservazioni, esperimenti scientifici vengono di norma pubblicati su riviste che adottano la peer review, la “revisione paritaria”, ovvero fatta da “pari”, da altri esperti nel campo a cui si riferisce l’articolo. Il compito dei revisori è di valutare l’articolo e di accertarsi che siano spiegate in modo preciso le condizioni in cui si è svolto l’esperimento o è stata fatta l’osservazione, in modo che altri possano ripetere quanto è scritto e vedere se ottengono i medesimi risultati.

Anni fa saltò fuori un fossile apparentemente straordinario. Si trattava di un fossile proveniente dalla Cina che mostrava una (presunta) creatura che fu chiamata Archaeoraptor e che appariva come una forma di transizione tra rettili e uccelli o, per dirla in un altro modo, tra dinosauri non aviani e dinosauri aviani. Il fossile finì a un collezionista statunitense, proprietario di un museo privato, che con l’aiuto di un paleontologo pensò di proporre la descrizione scientifica a “Nature”, prestigiosa rivista a peer review, e di accordarsi con il “National Geographic”, ottima rivista di divulgazione, ma non una rivista scientifica a revisione paritaria, per un articolo divulgativo.
“Nature” però rifiutò l’articolo. Data l’importanza che avrebbe un fossile di un animale che mostri l’evoluzione da rettili a uccelli, di fronte a un fossile genuino il rifiuto sarebbe inspiegabile. La questione è appunto che il fossile appariva un falso o, come fu definito, un “composito”. La definizione “mezzo rettile e mezzo uccello” era in effetti del tutto vera, anche se in un senso diverso da quello che intendevano il proprietario e il paleontologo che l’aveva affiancato: la parte sotto è un dromeosauro e la parte sopra uno Yanornis (un uccello preistorico).
Il “National Geographic” non fu informato del rifiuto di “Nature” e pubblicò l’articolo che diede un’effimera celebrità all’Archaeoraptor prima che la verità venisse a galla e lo stesso “National Geographic” ritrattò l’articolo e spiegò come stavano le cose. Talvolta il caso dell’Archaeoraptor viene citato da qualche antievoluzionista come un esempio dell’inaffidabilità della scienza da loro definita “ufficiale”. In realtà, questo caso mostra l’opposto: la rivista scientifica a peer review colse il problema e non pubblicò l’articolo.

La peer review non è ovviamente una garanzia assoluta. Innanzitutto diverse riviste possono avere revisioni di diversa qualità e in alcuni casi la qualità non sembra essere molto elevata. Recentemente, Philip Davis e Kent Anderson, usando dei nomi finti, hanno provato a mandare un articolo a una rivista a peer review ad accesso gratuito, ma che chiede agli autori un pagamento per la pubblicazione, per valutare se la revisione fosse rigorosa. L’articolo è stato accettato. Il punto è che l’articolo in questione era stato scritto con SciGen, un programma che assembla a caso parole prese da una base dati formando frasi corrette grammaticalmente e piene di termini tecnici, ma, ovviamente, senza significato. La rivista poi ha affermato che aveva accettato l’articolo per scoprire chi voleva farsi beffe di loro, ma la spiegazione non ha convinto tutti. Quale che sia la verità in questo caso, è certo comunque che non tutte le riviste che si proclamano a peer review offrono le stesse garanzie di qualità della revisione.

Quello che la peer review dovrebbe sempre ottenere è che l’articolo esprima in modo chiaro come si è svolto l’esperimento o l’osservazione, con tutte le informazioni necessarie affinché altri possano tentare di ripeterlo e vedere se ottengono lo stesso risultato.  Si è molto parlato, di recente, di un esperimento sulla precognizione di Daryl Bem che mostrerebbe che i soggetti possono indovinare l’evento che si produrrà dopo poco con una percentuale di successi superiore a quella che si può attribuire al semplice caso. L’articolo, intitolato Feeling the future, è stato pubblicato su una rivista con peer review ed è stata esposta la metodologia impiegata (Daryl J. Bem, Feeling the future : experimental evidence for anomalous retroactive influences on cognition and affect, “Journal of Personality and Social Psychology”, 100 (3), 2011, pp.407-425 – pdf). In questo modo era possibile ripetere l’esperimento. E’ quello che hanno fatto Stuart Ritchie, Richard Wiseman e Christopher French. Stavolta i risultati osservati da Bem non si sono visti. I tre ricercatori, con un gioco di parole sul titolo dell’articolo di Bem, hanno intitolato il loro Failing the future (Stuart J. Ritchie, Richard Wiseman, Christopher C. French, Failing the future : three unsuccessful attempts to replicate Bem’s ‘Retroactive facilitation of recall’ effect, “PLoS ONE”, 7 (3), 2012, e33423 – html). Purtroppo i media non sempre sono attenti. Recentemente, in una trasmissione della Rai, sono stati citati gli eperimenti di Bem, ma non si è fatto cenno a quelli, con risultati opposti, di Ritchie, Wiseman e French. Soprattutto quando vengono fatte affermazioni straordinarie, prima di dare per certo il risultato è bene vedere se un altro studioso o gruppo di ricercatori ha replicato la prova ottenendo il medesimo risultato.

Diversi articoli sullo stesso argomento possono dare risultati diversi. Capita spesso in medicina o nella psicologia sperimentale, per esempio, dove, avendo a che fare con soggetti umani, avere conclusioni certe può essere più difficile che in esperimenti su oggetti. Per questo vengono fatte revisioni sistematiche che prendono in esame i diversi articoli pubblicati.

Simon Singh, Edzard Ernst,
Aghi, pozioni e massaggi,
Milano : Rizzoli, 2008

Sull’omeopatia sono stati pubblicati numerosissimi articoli in riviste a peer review. Alcuni danno un verdetto contrario, come ci si aspetterebbe in base alle conoscenze scientifiche (si veda per esempio quanto detto prima a proposito della “memoria dell’acqua”), ma altri trovano un effetto positivo superiore a quello del placebo.
Klaus Linde ha effettuato una revisione sistematica di 89 trial clinici, pubblicata nel 1997 sulla prestigiosissima rivista di medicina “The Lancet”. Il giudizio che ne usciva era favorevole all’omeopatia. L’articolo di Linde ha ricevuto però diverse critiche che mettevano in luce come diversi degli studi presi in considerazione non fossero di grande qualità e che ciò poteva invalidare il risultato complessivo. Nella scienza mettere in dubbio i risultati se si notano problemi è prassi normale. Anzi, la scienza fa progressi anche per questo. Linde, mostrando di sapere cos’è la scienza, non solo ha preso in esame le critiche alla sua revisione, ma, riconoscendone la validità, si è rimesso al lavoro, producendo una seconda revisione, basata su trial in numero minore (21), ma più affidabili. Esistono dei sistemi, come la classificazione Oxford, basati su criteri come quelli di cui abbiamo parlato, per valutare la qualità di un trial clinico. Questa nuova revisione (1999) ha dato un risultato meno favorevole, tanto che Linde ha concluso che, pur se restava un margine al di sopra dell’effetto placebo, non si poteva attribuirlo con certezza all’efficacia dell’omeopatia.
In seguito Aijing Shang e colleghi hanno fatto una nuova revisione (A. Shang et al., Are the clinical effects of homoeopathy placebo effects? Comparative study of placebo-controlled trials of homoeopathy and allopathy, “The Lancet”, 366, 2005, pp.726-732 – abstract, articolo in formato pdf) usando criteri ancora più restrittivi: sono rimasti solo 8 trial e i risultati sono scesi praticamente a zero. E’ tipico di molte pratiche controverse che l’efficacia mostrata dai trial tende a diminuire, fino ad annullarsi, quando aumenta la rigorosità dei trial stessi. Dunque, il numero degli studi fatti è di per sé un fattore positivo, ma non si può prescindere da una valutazione della qualità. Uno studio poco rigoroso non solo può essere poco utile, ma può anzi essere fuorviante. Insomma, meglio se ci sono numerosi studi, ma, se la qualità lascia dubbi, vale il detto “meglio pochi, ma buoni”.

In casi come questo può influire anche il “drawer effect” (effetto cassetto). Si fa l’esperimento: se il risultato non è favorevole, finisce nel cassetto e non vedrà mai la pubblicazione. Se riesce, si cerca invece di pubblicarlo. Nel caso dell’omeopatia, poi, ci sono riviste, anche a peer review, con una linea favorevole a tale pratica o in genere alle medicine “alternative” che sono sempre pronte a pubblicare studi a favore, mentre il fatto che non ci siano altrettanti studi con risultati opposti, oltre che al drawer effect, può essere attribuito anche al fatto che nel mondo scientifico, dopo la revisione di Shang et al., la questione omeopatia è ormai considerata chiusa.

I rapporti dell’Organizzazione mondiale della sanità sull’agopuntura del 1979 e del 2003 sembravano mostrare che questa pratica è efficace per una lungua serie di problemi. La Cochrane Collaboration, un’istituzione autorevolissima nel campo delle revisioni sistematiche, ha però avanzato il dubbio che le conclusioni risentissero di un bias di pubblicazione. Togliendo i risultati dei trial svolti in Cina, infatti, i risultati erano molto meno favorevoli per alcune indicazioni (tanto che si poteva dubitare che ci fosse una reale efficacia) e addirittura scomparivano per altre. Dal momento che, se c’è un’efficacia, dovrebbe risultare ovunque e non solo in un paese, ciò faceva pensare che in Cina ci fosse un bias particolarmente forte sulla pubblicazione di studi sull’agopuntura, che per quel paese è un vanto nazionale.

Abbiamo parlato di articoli pubblicati su riviste scientifiche. Come si possono trovare in rete? Ovviamente, si può cercarli con un motore di ricerca generico, come Google. Esistono, però, anche motori di ricerca specializzati nella ricerca di testi accademici.

Google stesso ha un motore di ricerca specializzato, Google Scholar. In realtà, presenta anche risultati da libri e siti che non rispettano molto i criteri di scientificità di cui abbiamo parlato e che, quindi, per la ricerca che vogliamo fare sarebbero da considerarsi rumore. Ha tuttavia un richiamo molto elevato ed è sicuramente uno strumento utilissimo. Cliccando sui titoli offerti da Google Scholar come risultati della ricerca si arriva di norma a un abstract dell’articolo. Come è facile immaginare, molte riviste concedono il testo completo solo agli abbonati. Per i non abbonati può esserci talora la possibilità di acquistare anche un singolo articolo. Ci sono però riviste a peer-review con libero accesso ai testi, come nel caso delle pubblicazioni della Public Library of Science (Plos). Inoltre, anche se la rivista non mette a disposizione il testo intero, è possibile che questo sia disponibile altrove, per esempio perché l’autore dell’articolo l’ha pubblicato su un suo sito o in quello della sua università. Se Google Scholar ha individuato questa possibilità, la indica a destra con il formato (normalmente PDF, talora HTML, più raramente DOC o altro) tra parentesi quadre seguito dall’indicazione del sito che lo ospita. Un’altra funzione interessante è all’inizio dell’ultima riga della citazione del testo, dove si legge “Citato da” seguito dal numero degli articoli rintracciati da Google Scholar che citano il testo in questione. Già questo ci può dare un’idea del seguito che ha avuto quell’articolo. Se il numero delle citazioni è molto basso, a meno che non si tratti di un articolo appena uscito, evidentemente non ha avuto un grande impatto. Cliccando sulla scritta “Citato da”, possiamo vedere gli articoli che lo hanno citato, il che può essere utile per vedere come è stato valutato e se ci sono studi che confermano o, al contrario, smentiscono le sue conclusioni. Per esempio, se si trova un articolo citato in una nota di una voce di Wikipedia, si può andare a vedere se ci sono stati studi successivi. Oppure, nel caso citato prima, se si sente parlare dell’esperimento di Bem, si può vedere se, tra chi lo cita, c’è qualcuno che ha provato a ripetere i suoi esperimenti, scoprendo così la confutazione di Ritchie, Wiseman e French. C’è anche il link al catalogo nazionale dei periodici posseduti dalle biblioteche italiane (ACNP) con il quale si può individuare dove è presente la rivista che contiene l’articolo che può interessare.

Un altro esempio di motore di ricerca specializzato e ad accesso libero è Base (Bielefeld Academic Search Engine), curato dall’università di Bielefeld. Per le ricerche di articoli a revisione paritaria di interesse per la medicina, si deve segnalare PubMed.

In rete si possono trovare libri digitalizzati. Le “biblioteche virtuali” sono numerose. Con Internet Archive, per esempio, si possono trovare molte pubblicazioni (ma anche film, musica e altro). Visto che stiamo parlando in particolare di scienze, citiamo anche la Biodiversity Heritage Library (BHL), che permette di consultare testi digitalizzati riguardanti le scienze naturali. Alla BHL hanno contribuito biblioteche prestigiose come quelle dell’American Museum of Natural History, del Natural History Museum di Londra, della Smithsonian Institution e di altri imporanti enti. I testi raccolti nella BHL sono compresi nella ricerca dell’Internet Archive, ma può essere utile partire dalla pagina della BHL perché permette di effettuare anche ricerche specifiche per soggetti e per nomi scientifici.

Google Libri comprende una grande quantità di libri. Sono state digitalizzate opere dei secoli passati e sulle pagine è stato fatto il riconoscimento dei caratteri, così che si può effettuare una ricerca per parole nel testo intero (l’operazione non è riuscita benissimo per le scritture gotiche, ma per il resto funziona bene). Ci sono anche opere recenti anche se in genere non sono interamente consultabili. A volte si possono visualizzare solo il titolo e un paio di righe intorno alle parole usate per la ricerca e così è probabile che non serva a nulla, se non per avere l’informazione bibliografica su un testo che si può magari cercare di reperire altrove. Altre volte c’è invece una “anteprima limitata”, ovvero, pur non essendo a disposizione il testo intero, se ne possono vedere un certo numero di pagine, il che può essere sufficiente per reperire e verificare informazioni in libri anche di alto livello come testi editi da case editrici universitarie. Per eliminare i risultati che non forniscono il testo, intero o parziale, si possono selezionare le opzioni “Solo visualizzazione completa” o “Anteprima limitata e visualizzazione completa”. Sono presenti testi in diverse lingue e si possono trovare anche testi di interesse locale.

Ci sono anche riviste di divulgazione consultabili gratis online. Per esempio, “Green” che si occupa di “su tematiche quali la salvaguardia dell’ambiente, l’inquinamento, l’energia e le fonti rinnovabili, l’alimentazione, la chimica verde, lo smaltimento e il riciclaggio dei rifiuti e l’impatto della ricerca scientifica e tecnologica sui prodotti e sui consumi”.
Faccio un po’ di pubblicità alla rivista di cui sono redattore. Si chiama “Mah” e si propone, come suggerisce il titolo, di promuovere lo spirito critico nei diversi campi con articoli e recensioni.

Parte II. Cenni di biologia

Specie e tassonomia

Ernst Mayr, Storia del pensiero biologico : diversità, evoluzione, eredità, Torino : Bollati Boringhieri, 2011

Sulla Terra vivono moltissime specie diverse. Una definizione di specie molto usata in zoologia è “una popolazione riproduttivamente isolata”. La definizione può sembrare a prima vista un po’ criptica, ma in realtà è molto semplice. Pensiamo, per esempio, a un bosco dove vivono ricci e volpi: vivono nella stessa area, quindi non sono isolati geograficamente, ma non si accoppiano tra loro, quindi sono isolati riproduttivamente e per questo li consideriamo due specie diverse.

Per poter parlare delle diverse specie dobbiamo ovviamente attribuire loro un nome. Ci sono i nomi comuni, ma normalmente sono diversi nelle diverse lingue e non sempre la traduzione letterale corrisponde e può addirittura portare a una specie diversa: il bull shark, alla lettera “squalo toro”, non è quello che in italiano è chiamato “squalo toro”, ma un’altra specie (anche se quasi sempre i giornali e a volte anche i libri lo traducono come “squalo toro”).

In biologia si usa attribuire a ogni specie un nome costituito da due parole (nomenclatura binomiale), chiamato “nome scientifico” o “nome linneano”, dal nome del naturalista svedese Linneo, grazie al quale la nomenclatura binomiale si diffuse (anche se non fu il primo a usarla). Come punto di partenza della tassonomia moderna viene presa la decima edizione del Systema naturae di Linneo, del 1758. C’è un Codice internazionale di nomenclatura zoologica, così come ci sono codici internazionali per piante, alghe e funghi (il nuovo codice per questi organismi è entrato in vigore all’inizio del 2012) e per i batteri. Per stare all’esempio sopra citato, anche se gli inglesi chiamano bull shark un pesce diverso da quello che in italiano si chiama “squalo toro”, per gli studiosi di tutto il mondo il primo è il Carcharhinus leucas e il secondo il Carcharias taurus.

Le due parole che compongono il nome scientifico si scrivono entrambe in corsivo, la prima con l’iniziale maiuscola e la seconda con l’iniziale minuscola. Il nome della specie è formato da entrambe le parole. La prima da sola indica il genere, che raggruppa specie tra loro simili. Quindi se il nome scientifico di due specie di animali (o altri esseri viventi) è lo stesso, si tratta di due specie molto affini tra loro. Per esempio Macropus robustus e Macropus rufus sono due specie di canguri: sono specie distinte (e quindi l’una è indicata con l’aggettivo robustus e l’altra con rufus), ma sono molto vicine e quindi attribuite allo stesso genere Macropus. Invece il fatto che la seconda parola sia uguale per due specie non dice nulla sulla loro vicinanza. Macropus robustus, come abbiamo detto, è un canguro, mentre Eschrichtius robustus è la balena grigia.

In genere le specie sono indicate con queste due parole. Talora si trovano aggiunti un cognome e un anno: si tratta del nome di chi ha per primo descritto l’animale a partire dalla decima edizione (1758) del Systema naturae di Linneo (il nome di Linneo è normalmente abbreviato con L.) e la data in cui l’ha fatto. Per tutti quelli descritti nella citata opera di Linneo si troverà quindi l’indicazione “L., 1758” (p.e. Ursus arctos, L., 1768). “Macropus rufus, Desmarest, 1822″ ci dice che questa specie è stata descritta da Anselme Gaëtan Desmarest nel 1822. La data è quella della descrizione, non della scoperta. Per esempio, il celacanto Latimeria chalumnae è indicato come “Smith, 1939” perché descritto in quell’anno dall’ittiologo J. L. B. Smith, ma l’esemplare descritto era stato pescato nel 1938 (e segnalato a Smith da Marjorie Courtney-Latimer, dal cui cognome deriva il nome del genere). In genere, come nel caso ora citato, la differenza non è molta, ma in paleontologia la necessità di studiare attentamente i fossili, spesso limitati a pochi frammenti, il divario può essere di diversi anni. Se in un testo si cita più volte una specie o si parla di un genere indicandone varie specie, il nome del genere può essere abbreviato con l’iniziale (p.e. si potranno indicare le due specie di canguri sopra ricordate come M. robustus e M. rufus).

Si usa la nomenclatura trinomiale per le sottospecie. Al nome della specie (binomiale) viene aggiunta una terza parola che designa la sottospecie. Per esempio, Ursus arctos è l’orso bruno, Ursus arctos horribilis è l’orso bruno del Nord America (il grizzly), U. a. isabellinus è la sottospecie tibetana, U. a. marsicanus la sottospecie che vive nel Parco nazionale d’Abruzzo. Se il nome della sottospecie è seguito da cognome e anno, questi si riferiscono alla descrizione della sottospecie (p.e. Ursus arctos marsicanus, Altobello, 1921, indica che tale sottospecie è stata descritta da Giuseppe Altobello nel 1921 – ovviamente questa popolazione di orsi bruni era già conosciuta, ma è in quell’anno che è stata descritta come una sottospecie).

Polygonia c-album
(foto di Jörg Hempel, da Wikimedia Commons)

Il nome scientifico viene attribuito dall’autore (o autori) della descrizione. Se la nuova specie viene attribuita a un genere già esistente, si utilizzerà il nome di quel genere aggiungendo un nuovo nome per la specie. Se è attribuita a un nuovo genere, si conierà un nuovo nome anche per il genere. Il nome può descrivere l’animale o una sua caratteristica. Per esempio, Ailuropoda melanoleuca, ovvero il “piede di gatto nero e bianco”, è il panda. La farfalla Polygonia c-album ha questo nome di specie per un segno bianco a forma di C (o di virgola: in inglese è chiamata “comma”, “virgola”) sulla pagina inferiore delle ali. Comunque, la scelta è libera e gli studiosi fanno a volte scelte curiose. La genzianacea Macrocarpaea apparata ha il nome di specie apparata in omaggio al verbo “to apparate” usato nei libri di Harry Potter: infatti il fiore era apparso allo studioso di colpo come se si fosse materializzato dal nulla in una magia. Un’altra specie dello stesso genere è M. lenae, dedicata alla botanica svedese Lena Struwe. Sono diversi i casi di specie dedicate a qualche studioso. Chi descrive una nuova specie, comunque, può intitolarla a chi vuole, anche se non è uno studioso. Un’altra Macrocarpaea è stata chiamata M. dies-viridis: è la traduzione in latino di “Green Day”, nome del noto gruppo musicale statunitense amato da Jason Grant, il botanico che ha scoperto la specie. Non è l’unico caso di questo tipo: quattro trilobiti del genere Mackenziurus hanno ricevuto i nomi M. joeyi, M. johnnyi, M. deedeei e M. ceejayi in omaggio ai quattro componenti dei Ramones. La medusa Phialella zappai è stata così chiamata da Ferdinando Boero in onore di Frank Zappa che a sua volta ha cantato una versione della sua canzone Lonesome cowboy Burt trasformandola in Lonesome cowboy Nando.

Come si è detto specie tra loro molto affini vengono raggruppate in un genere. Un genere, di norma insieme ad altri, appartiene ad una famiglia e così via per ordine, classe, phylum (in botanica si usa, per questo livello, il termine “divisione”), regno e dominio (l’elenco è semplificato: si possono inserire tribù – tra il genere e la famiglia -, sottofamiglie, sottordini, superordini ecc.). Per esempio, la specie Ursus arctos (l’orso bruno) appartiene al genere Ursus che insieme ad altri generi forma la famiglia degli ursidi. La famiglia degli ursidi insieme ad altre (canidi, felidi, mustelidi, ecc.) forma l’ordine dei carnivori. I carnivori ed altri ordini (roditori, lagomorfi, primati, ecc.) forma la classe dei mammiferi. Mammiferi ed altre classi compongono il phylum dei cordati. I cordati e il resto degli animali formano, appunto, il regno degli animali. Animali, piante, funghi e protisti sono uniti nel dominio degli eucarioti. E’ una gerarchia inclusiva: dire che l’ermellino è un mustelide, per esempio, implica che appartenga anche all’ordine dei carnivori, alla classe dei mammiferi ecc.

Come classificazione in domini e regni, possiamo presentare la seguente, con due domini e sei regni:
– dominio dei procarioti, suddiviso nei regni di archei e batteri
– dominio degli eucarioti, suddiviso nei regni di animali, piante, funghi e protisti
Ci sono però proposte con qualche variante rispetto a questa. Per esempio, alcuni studiosi preferiscono considerare archei e batteri come due domini (non come due regni all’interno di un dominio).

Informazioni sulla tassonomia possono essere trovate in vari siti. In Wikipedia, le voci sugli esseri viventi (o vissuti) hanno in genere un riquadro a sinistra (chiamato in gergo tassobox) con la classificazione. Wikimedia, la fondazione che promuove Wikipedia, ha anche lanciato un’iniziativa per la tassonomia, Wikispecies, che alla fine di aprile del 2012 aveva più di 300.000 pagine. Una banca dati autorevole e ricchissima è l’Itis (Integrated Taxonomic Information System) che alla fine di aprile del 2012 comprendeva più di 600.000 nomi scientifici. Ci sono poi banche dati tassonomiche specializzate in alcune branche della biologia o in alcuni gruppi tassonomici, come The Paleobiology Database per la paleontologia o Fishbase (che comprende vari dati oltre a quelli tassonomici) per i pesci.

La definizione di specie come “popolazione riproduttivamente isolata”, cui abbiamo prima fatto riferimento, è un’ottima definizione, anche se non sempre è applicabile. La biologia ha una sorta di avversione alla parola “sempre”. La definizione, per esempio, presuppone la riproduzione sessuata e non sempre è così. Anche tra gli animali, compresi i vertebrati, dove la riproduzione sessuata è la regola, ci sono eccezioni. Ci sono alcune specie di lucertole dei generi Leiolepis, Cnemidophorus ed altri che si riproducono per partenogenesi. Sono popolazioni composte solo da individui di sesso femminile da cui nascono, senza accoppiamento, delle figlie che sono una sorta di clone delle madri (si possono vedere George R. Zug, Laurie J. Vitt, Janalee P. Caldwell, Herpetology : an introductory biology of amphibians and reptiles, San Diego : Academic Press, 2001, pp.126-127; Michael Kearney, Matthew K. Fujita, Jessica Ridenour, Lost sex in the reptiles : constrainsts and correlations, in Lost sex : the evolutionary biology of parthenogenesis, Isa Schon, Koen Martens, Peter van Dijk editors, Dordrecht, New York : Springer, 2009, pp.447-474).

Inoltre individui di popolazioni che normalmente sono riproduttivamente isolate e mostrano caratteristiche che le differenziano, possono incrociarsi tra loro dando vita a ibridi. Un caso notissimo è quello del mulo, ibrido di cavallo e asino. Il mulo è sterile, quindi non può ulteriormente riprodursi. Georges Buffon, uno dei grandi nomi della zoologia, aveva dato una definizione di specie analoga a quella che abbiamo ricordato, basata sulla interfecondità, e aveva aggiunto che anche la prole doveva essere feconda. In questo modo, la definizione continuava a indicare cavallo e asino come specie distinte. Anche in questo caso, però, non si può dire la parola “sempre”, perché ci sono eccezioni. Per esempio, coyote e lupi possono incrociarsi tra loro dando prole a sua volta feconda. Al di là di occasionali incroci, comunque, le due specie sono distinte. Non sempre però l’ibridazione è solo occasionale. Ci sono esempi di intere popolazioni costituite da ibridi. E’ il caso di alcune salamandre del genere Ambystoma dell’America settentrionale che erano state classificate come specie a sé stanti prima che si scoprisse che si trattava di ibridi (Zug, Vitt, Caldwell, Herpetology, cit., pp.125-126). Analogamente la comune rana verde classificata come Rana esculenta (è stata proposta l’assegnazione a un altro genere e quindi la si può trovare indicata come Pelophylax esculentus) è stata riconosciuta come un ibrido, con riproduzione emiclonale, di Rana lessonae e Rana ridibunda (o, seguendo la nuova proposta di nomenclatura, Pelophylax lessonae e Pelophylax ridibundus) (Zug, Vitt, Caldwell, Herpetology, cit., pp.124-125; Christoph Vorburger, Dirk S. Schmeller, Hansjurg Hotz, Gaston-Denis Guex, Heinz-Ulrich Reyer, Masked damage : mutational load in hemiclonal water frogs, in Lost sex, cit., pp.433-446).

Un caso molto interessante è quello delle “specie ad anello” (ring species). Una specie si diffonde in nuove aree e, durante l’espansione, si differenzia in modo tale che, anche se gli esemplari provenienti da zone vicine sono tra loro fecondi, non vi è più interfecondità tra quelli posti agli opposti estremi dell’area di diffusione (che potrebbero anche congiungersi geograficamente). Un esempio è l’anfibio caudato Ensatina eschscholtzii. Si può vedere in atto un processo di speciazione, ovvero di nascita di una nuova specie. In effetti se per qualche motivo le popolazioni intermedie fossero state distrutte, le popolazioni agli estremi sarebbero state considerate due specie distinte, per quanto molto simili tra loro. (David B. Wake, Incipient species formation in salamanders of the Ensatina complex, “PNAS”, 94 : 15 (1997), pp. 7761-7767 – html).

Le specie ad anello sono dunque una evidente dimostrazione di come le specie non siano fisse e immutabili, ma il risultato di un’evoluzione.

Evoluzione

Charles Darwin, L’origine delle specie, Roma : Newton, 1989.

L’idea della discendenza comune degli animali era già stata formulata dal naturalista francese Georges Leclerc de Buffon che, però, la enunciò come un’ipotesi che poteva essere suggerita dall’osservazione, ma che doveva essere scartata (Histoire naturelle. Quadrupedes. Tome premier, Paris : Didot, 1799, pp.121-133). Alcuni autori hanno ipotizzato che la smentita unita all’enunciazione fosse solo un espediente per evitare di avere guai con le autorità ecclesiastiche, che avrebbero potuto (erroneamente: si veda quanto dicevamo sul principio di demarcazione) ritenere tale ipotesi in contrasto con il testo della Genesi, ma altri studiosi hanno fatto notare che le obiezioni che in seguito Buffon pone sono coerenti con il contesto e fanno concludere che avesse realmente scartato l’ipotesi (cfr Mayr, Storia del pensiero biologico, Torino : Bollati Boringhieri, 2011, pp.277-278). Il fatto che l’abbia pensata, pur senza portarla avanti, è comunque una prova dell’acume di Buffon.

L’onore di essere stato il primo ad aver esposto una teoria dell’evoluzione viene quindi attribuito generalmente attribuito dagli storici della scienza a Jean-Baptiste de Lamarck. Secondo Lamarck, negli organismi c’era una sorta di impulso all’evoluzione. Oltre a questa spinta, c’era poi l’influenza dell’ambiente: per rispondere alle condizioni ambientali, gli animali usavano, o al contrario, non usavano determinati organi. L’uso e il disuso producevano delle variazioni che si accumulavano di generazione in generazione. Questo presupponeva, dunque, che le variazioni acquisite dovessero essere ereditate dalla prole. Questa ipotesi, conosciuta come “ereditarietà dei caratteri acquisiti” o “eredità debole”, in seguito è stata spesso presentata come l’ipotesi di Lamarck. In realtà, non si tratta di un’invenzione di Lamarck e, ai suoi tempi e ancora per diverso tempo, era un’idea diffusa. Lamarck è uno degli scienziati che hanno avuto una peggiore pubblicità, passando alla storia come quello che aveva sbagliato sull’evoluzione. In realtà, per quanto abbia sbagliato nell’ipotizzare i meccanismi dell’evoluzione, gli va comunque riconosciuto il merito di aver colto il fatto dell’evoluzione, mentre anche grandi naturalisti come Georges Cuvier vedevano le specie come fisse.

La svolta arrivò però qualche decennio dopo, quando Charles Darwin e Alfred Russel Wallace non solo portarono una serie di prove a favore dell’evoluzionismo, ma spiegarono il meccanismo alla base dell’evoluzione, la selezione naturale. Si può ricordare che già William Wells, in una comunicazione del 1813 alla Royal Society pubblicata dopo la sua morte in un libro del 1818 (Two essays, London : Archibald Constable, 1818, p.435), aveva avuto una brillante intuizione sulla selezione naturale, sia pur limitata ad alcuni caratteri degli uomini, e Patrick Matthew aveva esposto più ampiamente l’idea in un testo del 1831 (On naval timber and arboriculture, London : Longman, Rees, Orme, Brown, and Green ; Edindurgh [sic] : Adam Black, 1831, pp.384-386). Tuttavia la vera e propria formulazione della selezione naturale come motore dell’evoluzione è comunque da attribuirsi a Darwin e Wallace (che non conoscevano gli scritti di Wells e Matthew quando elaborarono la loro teoria).

Nel 1858, alla Linnean Society, Darwin presentò la sua teoria dell’evoluzione per selezione naturale, cui lavorava da lungo tempo. Fu letto anche un testo di Wallace che era giunto alla stessa teoria in modo indipendente da Darwin. Wallace aveva inviato un suo scritto a Darwin e quest’ultimo, vedendo che Wallace aveva di fatto espresso le sue stesse idee, si era finalmente deciso a renderle pubbliche. L’anno seguente, Darwin pubblicò L’origine delle specie, una pietra miliare nella storia della biologia.

Darwin e Wallace notarono che gli esseri viventi danno vita a un numero di discendenti maggiore, e spesso molto maggiore, di quello dei genitori. Non tutti, però, arriveranno a loro volta all’età della riproduzione. Tra di loro, alcuni presenteranno casualmente variazioni. Quelli che hanno variazioni vantaggiose potranno più facilmente sopravvivere e arrivare a riprodursi trasmettendo alla prole la loro variazione utile. Una variazione utile, dunque, tenderà a diffondersi all’interno di una popolazione. Viceversa, un individuo nato con una variazione svantaggiosa avrà meno probabilità di sopravvivere e di trasmettere tale variazione. L’ambiente dunque opera una selezione (la selezione naturale, appunto), promuovendo le variazioni vantaggiose e bocciando quelle svantaggiose. L’accumulo di queste variazioni ha portato e porterà, per usare le famose parole con cui Darwin conclude L’origine delle specie, le “infinite forme estremamente belle e meravigliose” che hanno popolato, popolano e popoleranno la Terra.

Dopo i contributi di Darwin, l’idea dell’evoluzione venne accettata dagli studiosi. Continuò però la discussione sul ruolo della selezione naturale e sull’ereditarietà dei caratteri acquisiti, che divise a lungo due schieramenti, darwinisti e lamarckiani. I lamarckiani sostenevano l’ereditarietà dei caratteri acquisiti. Va comunque precisato che l’ereditarietà dei caratteri acquisiti non è una teoria peculiare di Lamarck. Ai suoi tempi era una convinzione comune e anche Darwin credeva che caratteri acquisiti potessero essere ereditati pur attribuendo a questa presunta ereditarietà un ruolo marginale rispetto a quello delle variazioni casuali e dell’opera della selezione naturale su di esse. Tra i lamarckiani vengono posti anche coloro che credevano che l’ambiente potesse indurre direttamente delle variazioni (ereditabili), idea che però Lamarck aveva respinto esplicitamente, affermando che l’azione era indiretta: i cambiamenti ambientali potevano indurre nuove abitudini e l’uso e il disuso degli organi legati a tali nuovi abitudini produceva le variazioni (si veda la sua Philosophie zoologique, Paris : Dentu, 1809, t. I, pp.221-223). Ci volle ancora qualche decennio prima che la teoria della selezione naturale ricevesse un’accettazione generale e che l’ereditarietà dei caratteri acquisiti venisse scartata (non parleremo qui dei fenomeni epigenetici).

L’evoluzione lavora su tempi lunghi. E’ tuttavia possibile osservare qualche risultato spettacolare dell’azione della selezione naturale, pure su animali vertebrati, anche in tempi brevi. Un caso famoso è quello dello studio sui pesci Poecilia reticulata, conosciuti anche col nome di guppies. I maschi dei guppies hanno una bellissima colorazione. Un maschio con colori più vistosi è più visibile dalle femmine, ma, ovviamente, è più visibile anche per i predatori. In base a questo, John Endler ha ideato un esperimento mettendo dei guppies in acquari che contenevano un predatore blando, Rivulus hartii, oppure un predatore forte, Chrenicichla alta, oppure nessuna altra specie (campione di controllo). Dopo soli venti mesi il numero delle macchie che in media presentavano i guppies maschi era diminuito dove c’erano i predatori forti ed era invece aumentato dove non c’erano predatori o c’erano predatori blandi. Anche il tipo di macchia poteva mostrare l’effetto della selezione naturale. Negli acquari con in fondo costituito da ghiaia di piccole dimensioni le macchie tendevano nelle successive generazioni a diventare più piccole, e quindi a contribuire al mimetismo, in presenza del predatore forte e al contrario a farsi più grosse, e quindi a rendere più visibile l’animale, quando non c’era. Viceversa, con ghiaia più grossa, la dimensione della macchie aumentava quando c’era un predatore forte e diminuiva se non c’era.
L’esperimento è stato condotto anche in natura in acque con la presenza o meno di predatori e sono stati osservati gli stessi risultati (John A. Endler, Natural selection on color patterns in Poecilia reticulata, “Evolution”, 34 (1980), pp.76-91 – pdf; David N. Reznick, Frank H. Shaw, F. Helen Rodd, Ruth G. Shaw, Evaluation of the rate of evolution in natural populations of guppies (Poecilia reticulata), “Science”, 275 (1997), pp.1934-1937 – pdf).

Se in soli venti mesi si può produrre un cambiamento così evidente nella colorazione, si può capire come in milioni di anni l’evoluzione per selezione naturale può portare alle notevoli differenze che vediamo tra i diversi organismi viventi. I meccanismi che sono alla base di fenomeni come quello dei guppies sono gli stessi che sono stati all’opera nella nascita di nuove specie e di tutti i raggruppamenti tassonomici cui abbiamo prima accennato.

Sean B. Carroll, Al di là di ogni ragionevole dubbio : la teoria dell’evoluzione alla prova dell’esperienza, Torino : Codice, 2008

L’evoluzione di una preda e di un predatore possono influenzarsi a vicenda. La selezione naturale premierà le prede che meglio sanno sfuggire ai predatori e i predatori che meglio sanno vincere i tentativi delle prede di sfuggire loro. Un esempio è quello che vede coinvolti il serpente Thamnophis sirtalis e la salamandra Taricha granulosa. Quest’ultima si difende dal serpente con una sostanza secreta dalla pelle che dovrebbe indurre il predatore che la agguanti a rilasciarla senza inghiottirla. Una salamandra che casualmente nasca un po’ più velenosa delle altre ha una maggiore possibilità di non essere inghiottita e di lasciare discendenti dotati anch’essi della sua maggiore velenosità alla prole. Dall’altro lato, un Thamnophis sirtalis che casualmente nasca un po’ più resistente all’azione della sostanza secreta dalla salamandra avrà maggiori possibilità di mangiare le sue prede. Nel corso del tempo, dunque, il rapporto di predazione tra queste due specie ha selezionato serpenti sempre più resistenti e salamandre sempre più velenose, al punto che inghiottire una Taricha granulosa è letale per un essere umano (Sean B. Carroll, Al di là di ogni ragionevole dubbio : la teoria dell’evoluzione alla prova dell’esperienza, Torino : Codice, 2008, pp.141-143).

Si potrebbero fare, ovviamente, moltissimi altri esempi di evoluzione per selezione naturale, ma, visto il tempo limitato a disposizione, ci limiteremo a questi, così come possiamo appena citare velocemente il fenomeno della deriva genetica, ovvero la variazione casuale (non legata a selezione) della frequenza di un allele in una popolazione (in particolare ciò vale per piccole popolazioni che si portano in un nuovo territorio o comunque restano isolate).

Una questione a lungo discussa è se i gruppi tassonomici sopra la specie (genere, famiglia, ordine, ecc.) avessero un fondamento biologico o se, invece, si trattasse di convenzioni, utili e sensate, ma pur sempre convenzioni. L’evoluzione mostra il significato biologico dei gruppi tassonomici, ovvero la discendenza da un antenato comune. Come scrisse Darwin nell’Origine delle specie: “qualsiasi classificazione realistica è genealogica” (Roma : Newton, 1989, p.376). Un taxon così costituito non è una semplice convenzione, ma ha un fondamento biologico che è, appunto, il fatto che tutte le specie comprese, e solo queste, discendono da un certo antenato comune (un tale gruppo viene detto “monofiletico”). La gerarchia inclusiva dei taxa riflette l’antichità dell’antenato comune. L’orso bruno, per esempio, ha un antenuto in comune più recente con il panda, che è classificato nella stessa famiglia (ursidi), che con il gatto, che è classificato nello stesso ordine (carnivori), ma in una diversa famiglia (felidi). Bisogna però precisare che, se esiste un criterio oggettivo, basato sulla realtà biologica, per comporre un taxon, non altrettanto si può dire per il grado che gli viene assegnato (ovvero che lo si definisca, per esempio, una famiglia piuttosto che una sottofamiglia o un sottordine). Lo notava già Darwin: “per ciò che riguarda il valore relativo dei vari gruppi di specie, quali gli ordini, i sottordini, le famiglie, le sottofamiglie ed i generi, a mio vedere, almeno per ora, sono quasi arbitrari” (p.376 nell’ed. citata; cfr Mayr, Storia del pensiero biologico, cit., pp.156-157).

Come si è detto, la teoria dell’evoluzione per selezione naturale afferma che l’ambiente non crea, né direttamente né indirettamente (tramite conseguente uso e disuso degli organi), la variazione ereditaria, ma esercita un’azione di selezione su variazioni che si presentano casualmente. Come scrisse Darwin nell’Origine delle specie, “la selezione naturale può operare soltanto mediante la conservazione e l’accumulo di modificazioni ereditarie infinitesimalmente piccole, ognuna utile all’essere conservato” (nell’edizione citata, p.110). Restava da spiegare la natura di queste modificazioni e come si trasmettessero alla prole. Questo è il compito della genetica. La convergenza dell’evoluzionismo fondato sulla selezione naturale e delle scoperte della genetica ha portato a quella che è nota come sintesi moderna.

Genetica

Clara Frontali, Geni : dalle prime domande sull’ereditarietà all’ingegneria genetica, Roma : Lapis, 2005.

La genetica moderna muove il suo primo passo pochi anni dopo che Darwin pubblicò L’origine delle specie. Si tratta dell’articolo in cui Gregor Mendel illustrava i risultati dei suoi esperimenti con le piante di pisello e ne dava la sua acuta interpretazione. Era un colpo di genio che, però, passò sostanzialmente inosservato per una trentina di anni. Gli esperimenti di Mendel sono famosissimi. Faremo qualche veloce cenno.

Un fenomeno che già era stato osservato è che alcuni caratteri sparivano in una generazione e poi ricomparivano in una successiva. Per cominciare, Mendel incrociò più volte le piante finché fornirono per diverse generazioni solo il carattere che voleva studiare, per esempio un seme liscio oppure un seme rugoso, in modo da avere delle “linee pure” su cui lavorare. Questa preparazione dell’esperimento è importante: se non avesse usato linee pure, non avrebbe raccolto i dati che lo portarono alla sua rivoluzionaria teoria. Una volta ottenute le due linee pure (liscio / rugoso), le incrociò tra loro. Alla prima generazione tutte le piante presentavano semi lisci. Il carattere “rugoso” era scomparso. Quindi Mendel prese le piante di questa prima generazione e le fecondò col loro stesso polline. Nella nuova generazione ricomparve il carattere rugoso, che si presentava circa nel 25% dei casi. Ciò valeva anche per gli altri caratteri studiati. Mendel non si limitò a constatare che c’era una frequenza stabile dei due caratteri alla seconda generazione. Come abbiamo detto, avere i dati non garantisce di per sé che si veda la soluzione. Ci vuole una buona ipotesi e Mendel ne formulò una. Notò quella percentuale indicava un rapporto di 3 a 1 tra i due caratteri. Dunque, alla prima generazione c’era uniformità e alla seconda un rapporto di 3 a 1. Questo si poteva spiegare se si pensava (ecco la geniale idea di Mendel) che per ogni carattere la pianta ricevesse un “fattore” dalla parte maschile e uno dalla parte femminile e che uno dei due tipi di fattore fosse dominante sull’altro. Oggi parliamo di geni che si possono presentare in forme diverse dette alleli. Chiamando L l’allele per il carattere liscio (dominante) e r quello per il carattere rugoso (recessivo), le linee pure selezionate da Mendel avevano il genotipo LL (quelle a semi lisci) oppure rr (quelle a semi rugosi). Incrociando le prime con le seconde, la prima generazione prendeva un allele dalle prime e uno dalle seconde e quindi tutte le piante avevano genotipo Lr. Essendo L dominante, i semi erano lisci. Passiamo alla seconda generazione. Stavolta abbiamo da entrambe le parti Lr. Le combinazioni possibili sono quindi: LL, Lr, rL, rr. Nei primi tre casi, essendoci l’allele L, le piante hanno semi lisci. Nell’ultimo caso, invece, entrambi gli alleli sono r e quindi le piante hanno semi rugosi. Ecco spiegato il carattere che ricompare e il rapporto costante di 3 a 1.

Mendel provò anche a fare l’esperimento seguendo due caratteri. Anche in questo caso fece in modo di avere due “linee pure” per entrambi i caratteri, per esempio piante con semi lisci e gialli (caratteri corrispondenti ad alleli dominanti) e piante con semi rugosi e verdi (recessivi) . Alla prima generazione ottenuta dalle due linee pure, tutte le piante hanno semi lisci e gialli. Incrociando queste, ogni 16 piante se ne ottengono in media 9 con semi lisci e gialli, 3 con semi lisci e verdi, 3 con semi rugosi e gialli, 1 con semi rugosi e verdi. Dunque, sia tra le piante con semi lisci che tra quelle con semi rugosi, c’è un rapporto di 3 a 1 tra piante con semi gialli e piante con semi verdi e, viceversa, sia tra le piante con semi gialli che tra quelle con semi verdi c’è un rapporto di 3 a 1 tra piante con semi lisci e piante con semi rugosi. Dunque i due caratteri passano in eredità indipendentemente l’uno dall’altro (è la cosiddetta “legge dell’assortimento indipendente“) e non c’è una preferenza per la combinazione presente nelle linee originarie.

Mendel aveva posto le basi della genetica moderna. In seguito si scoprì che non tutto era così semplice. Non sempre c’è semplicemente un allele dominante e uno recessivo. Un esempio ben conosciuto è quello del sistema AB0 dei gruppi sanguigni. 0 è recessivo, mentre A e B sono entrambi dominanti (codominanza). Quando i due alleli sono uguali, si avrà ovviamente il gruppo sanguigno corrispondente (AA dà il gruppo A, BB il gruppo B, 00 il gruppo 0). Se sono diversi, nel caso uno dei due sia 0, il gruppo sarà determinato dall’altro (A0 dà il gruppo A e B0 il gruppo B), mentre se sono A e B nessuno dei due “oscura” l’altro e si avrà il gruppo sanguigno AB.

Non sempre c’è un legame del tipo “un carattere, un gene”. Ci sono caratteri che sono legati all’azione di più geni (eredità poligenica). Per esempio, il colore della pelle degli esseri umani è un caso di eredità poligenica. Viceversa, l’azione di un gene potrebbe estendersi a più caratteri (pleiotropia).

Vediamo ora un esperimento realizzato dalla squadra di Thomas Morgan, uno dei grandi nomi della genetica, con i moscerini della frutta. Lo studio coinvolgeva due geni. Il primo determina il colore del corpo. L’allele dominante è per il grigio, quello recessivo per il nero (chiamando C l’allele dominante e c quello recessivo, avremo dunque che i moscerini con CC e Cc sono grigi e quelli con cc sono neri). Il secondo dà la grandezza delle ali, con allele dominante per ali normali e recessivo per ali ridotte (dunque chiamandoli rispettivamente A e a, i moscerini con AA e Aa hanno ali normali e quelli con aa ali ridotte). Nell’esperimento di cui parliamo vennero fatte accoppiare femmine grigie con alinormali che però possedevano, per entrambi i geni in considerazione, sia l’allele dominante che quello recessivo (Cc Aa), con maschi neri con ali ridotte (cc aa). Come è facile calcolare, sono possibili, con questi incroci, quattro combinazioni di alleli e ciascuna (la scelta dei genitori non era certo casuale) produce un fenotipo diverso:
* Cc Aa – corpo grigio, ali normali
* cc aa – corpo nero, ali ridotte
* Cc aa – corpo grigio, ali ridotte
* cc Aa – corpo nero, ali normali
Secondo la legge dell’assortimento indipendente (quella che abbiamo visto all’opera nel secondo esperimento di Mendel citato sopra), questi quattro fenotipi dovrebbero avere tutti la stessa probabilità di presentarsi. La squadra di Morgan, però, trovò risultati ben diversi. Su 2300 moscerini, 965 erano grigi con ali normali, 944 neri con ali ridotte, 206 grigi con ali ridotte, 185 neri con ali normali. Due fenotipi sono nettamente più rappresentati.

Immagine del dipartimento di biologia della Penn State University
(link nel testo)

A differenza della forma e del colore delle piante di pisello studiate da Mendel, che vengono ereditati in modo indipendente, il colore del corpo e la lunghezza delle ali dei moscerini della squadra di Morgan mostravano un legame tra loro. E’ il fenomeno che viene chiamato linkage. A cosa è dovuta questa differenza? Per spiegarlo dobbiamo parlare dei cromosomi.

I geni non sono dei corpicelli isolati, ma sono porzioni di un lungo filamento di acido desossiribucleico (normalmente chiamato con la sigla Dna), come le strisce pedonali sono porzioni di strada. Il dna del nucleo è suddiviso in cromosomi. Il numero dei cromosomi varia da specie a specie. Per fare qualche esempio, gli esseri umani, come è noto, hanno 23 coppie di cromosomi (dunque 46 in tutto), gli scimpanzè, l’animale a noi più vicino, ne hanno 24 coppie, i cani 39 coppie, i gatti 19 coppie, i moscerini della frutta 4 coppie. Si parla spesso di coppie di cromosomi perché gli animali in genere hanno cellule somatiche diploidi (ovvero ogni cromosoma è presente in coppia) e gameti aploidi (un solo esemplare di ogni cromosoma). Ci sono comunque eccezioni: per esempio, gli ambistomidi ibridi di cui abbiamo parlato in precedenza possono essere triploidi o tetraploidi.

Se i geni sono su cromosomi diversi si ha un assortimento indipendente (come nell’esperimento di Mendel), mentre se i geni sono sullo stesso cromosoma (come nell’esperimento della squadra di Morgan) tenderanno a passare insieme (linkage). L’esperimento della squadra di Morgan, però, non ci mostra solo il linkage. Se i geni posti su uno stesso cromosoma passassero sempre insieme, sarebbero dovuti nascere solo moscerini grigi con ali normali oppure neri con ali ridotte. Invece, per quanto questi due tipi fossero nettamente prevalenti, erano nati anche un certo numero di moscerini che presentavano gli altri due fenotipi.

Questo è dovuto al crossing over. Durante la meiosi, i cromosomi omologhi possono scambiarsi delle parti. Nell’esperimento dei moscerini, le femmine hanno sul cromosoma ereditato da uno dei genitori C, A e su quello ereditato dall’altro c, a. Trattandosi di geni sullo stesso cromosoma tenderanno a passare insieme e questo spiega la prevalenza dei fenotipi grigio con ali normali (quando passano C, A) e nero con ali ridotte (quando passano c, a). Tuttavia se avviene un crossing over, gli alleli C e A da una parte e c e a dall’altra potrebbero essere separati e nei cromosomi così formati (si parla di “ricombinazione”) ci saranno Ca e cA. Questo spiega la presenza, in numero minore, dei fenotipi grigio con ali ridotte e nero con ali normali.

Crossing-over durante la meiosi.
Immagine da Wikipedia, modificata (fonte originale: Ncbi).

Basandosi sui risultati del crossing over, Alfred Sturtevant, un allievo di Thomas Morgan, realizzò la prima mappatura genetica (A. H. Sturtevant, The linear arrangement of six sex-linked factors in Drosophila, as shown by their mode of association, “Journal of Experimental Zoology”, 14 (1913), pp.43-59 – pdf). Sturtevant osservò che più i geni erano vicini sul cromosoma, minore doveva essere la probabilità che fossero divisi da un crossing over. Dunque la percentuale di moscerini che presentavano i caratteri ricombinati (nell’esempio fatto sopra, corpo grigio con ali ridotte e nero con ali normali) indicava la distanza sul cromosoma tra i due geni legati a tali caratteri.

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