L’eredità nella ricerca genetica di Cavalli-Sforza

Con Guido Barbujani, genetista che ha lavorato sulle stesse domande di ricerca che hanno caratterizzato l'ultima parte della carriera di Cavalli-Sforza, esaminiamo il contributo di quest’ultimo alla ricerca genetica e come egli rappresenti ancora oggi un punto di riferimento mondiale in questo campo.
Giuseppe Nucera, 15 Gennaio 2019
Micron
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Videomaker e Comunicatore della Scienza

Luigi Luca Cavalli-Sforza è stato tra i grandi genetisti del mondo, ma da sempre la genetica, fortunatamente, non ha rappresentato la sua unica vocazione. Solo dopo il percorso universitario in medicina, infatti, inizia la collaborazione con Adriano Buzzati Traverso, il primo professore di genetica in Italia, e quindi la sua carriera nella ricerca genetica. Un percorso in cui però vengono coltivate fin da subito anche la matematica e la statistica, grazie alla collaborazione con Ronald Fisher, suo professore a Cambridge.
La dimestichezza con la statistica fu ciò che permise a Cavalli-Sforza di sviluppare le basi per una rivoluzione della ricerca genetica. Attraverso lo studio della variabilità di alcuni parametri genetici, come il cromosoma Y che caratterizza biologicamente i maschi, riuscì a ricostruire l’origine comune di Homo sapiens in Africa del sud, quindi, la colonizzazione di questo primo continente dai 100.000 ai 50.000 anni fa, per poi datare negli ultimi 50.000 anni di storia umana l’espansione geografica e la conquista della nostra specie su tutto il pianeta. Ultima sfida lanciata alla genetica fu quella di perseguire la sfida di Darwin, ossia riscontrare la perfetta sovrapposizione tra la variabilità della struttura biologica, quindi l’albero genetico, e la variabilità delle culture, quindi l’albero genealogico delle lingue.
Con Guido Barbujani, genetista che ha lavorato sulle stesse domande di ricerca che hanno caratterizzato l’ultima parte della carriera di Cavalli-Sforza, esaminiamo il contributo di quest’ultimo alla ricerca genetica e come egli rappresenti ancora oggi un punto di riferimento mondiale.

In un’intervista lei sottolineò come tra i grandi meriti di Cavalli-Sforza vi sia quello di aver trasformato la genetica da una scienza artigianale a una grande impresa transnazionale ad altissimo contenuto tecnologico. Come è stata possibile questa evoluzione?
La genetica è stata qualcosa che, fino a un certo punto, si poteva fare in una piccola struttura, un piccolo laboratorio con un limitato gruppo di persone intelligenti e motivate. Poi per affrontare certe nuove sfide, come la lettura di tutto il genoma, non bastava avere tanti piccoli gruppi, ma serviva un progetto a larga scala. Un po’ come è stato con l’esplorazione del cosmo: il viaggio sulla Luna non poteva esser realizzato da tanti piccoli artigiani, ci voleva una organizzazione centralizzata che disponesse di grandissime risorse.
Ecco, Cavalli-Sforza ha capito questa cosa molto presto e ha cominciato ad operare, non solo a livello scientifico, ossia aumentando le conoscenze passo passo, ma anche organizzando queste connessioni con grandi enti finanziatori americani, fino a far partire dei progetti che prima di lui non erano concepibili.

Oltre al grande apporto della tecnologia, un grande peso lo ha avuto l’approccio multidisciplinare delle sue ricerche in cui si intrecciano genetica, linguistica e antropologia.
Lui ha sfondato confini e lo ha fatto capendo molto presto che oltre a essere bravi scienziati bisogna essere degli imprenditori, dei manager di sé stessi e in quanto tale ha cominciato ad operare.
Contemporaneamente, ha capito che se vogliamo ricostruire la storia dell’umanità, centro della sua carriera e delle sue ricerche, allora bisogna parlarsi con gli archeologi, con i paleontologi che studiano le ossa, ma anche con i linguisti: una vecchia intuizione di Darwin fu proprio che l’evoluzione delle lingue segue le evoluzioni delle popolazioni e che, quindi, si possano confrontare i due tipi di dati, biologico e culturale.
Cavalli-Sforza ha cercato in tutta la sua carriera di perseguire questa sfida, superando i confini della ricerca tradizionale ma non sempre con successo, ovviamente.

Sfondare confini ma anche proporre nuovi metodi di ricerca e nuove sfide per la genetica, forse questo il vero successo di Cavalli-Sforza?
Quando è partito lo Human Genome Diversity Project, progetto in mano a una organizzazione di nome HUGO (Human Genome Organisation), l’idea era quella di leggere un genoma e di usarlo come riferimento per tutti gli altri. Un’impostazione di tipo platonico, idealista, basata su un ideale assoluto di cui tutti gli individui concreti sono una imperfetta realizzazione. Cavalli-Sforza, da evoluzionista, ribalta questo approccio: il messaggio importante non è vedere quali geni ci siano e dove stanno sui cromosomi, ma anche capire perché uno ha il diabete e l’altro no, perché un individuo è basso e l’altro alto, perché qualcuno digerisce il lattosio e altri non possono berlo: per tutte queste cose dobbiamo fare dei confronti.

Un concetto di diversità genetica che non è dunque da intendersi come la presenza o l’assenza di alcuni caratteri ereditari, ma piuttosto come la frequenza con la quale questi si manifestano all’interno di una popolazione, frequenza sulla quale si basa il lavoro di Cavalli-Sforza. È da qui che nasce la decostruzione del concetto di razza?
Esattamente. A mio avviso tutte le scienze quando iniziano a svilupparsi sembrano semplici, poi più si conosce più si complicano, perché abbiamo più dettagli da sistemare. Allora, nello studio della diversità umana è stato legittimo per qualche secolo avere l’idea di differenziare gli umani tra i cinesi che sono gialli, gli africani che sono neri e gli europei che sono bianchi. Serviva a orientarsi. Però questi schemi, basati appunto sul concetto di assenza o presenza di certi caratteri e che poi hanno portato alla classificazione razziale, non hanno avuto riscontro scientifico nello studio dettagliato del genoma. In questo studio ci si è resi conto che non c’è quasi nessuna popolazione che manchi totalmente di alcuni caratteri; inoltre, non c’è nessuna popolazione in cui tutti sono uguali per certi parametri genetici.
E allora si incomincia a studiare la diversità all’interno e tra le popolazioni umane.

È attraverso lo studio della diversa frequenza di alcuni caratteri genetici nelle diverse popolazioni che Cavalli-Sforza ha decodificato nel DNA le tracce del nostro passato: la genesi comune di Homo sapiens in Africa e le migrazioni che hanno portato la nostra specie a colonizzare tutto il mondo.
Certamente Cavalli-Sforza ha dato un contributo fondamentale nel fare luce sulle origini dell’uomo, ma questa è stata più una grande impresa collettiva. Lui ha lavorato molto su un concetto sviluppato dai paleontologi inglesi i quali ci dicevano, attraverso lo studio dei fossili, che l’umanità proviene dall’Africa. Lavorando su questa idea, il gruppo di Cavalli-Sforza ha scritto due articoli molto importanti su come effettivamente le caratteristiche delle popolazioni siano quelle tipiche che tutti si aspetterebbero se derivassero tutte da antenati africani. I suoi sono mattoni fondamentali, ma pur sempre un contributo tra quelli di molti scienziati.

Certamente uno tra i mattoni più importanti di Cavalli-Sforza sullo studio della variabilità genetica è la teoria del serial founder effect, secondo la quale la maggior parte delle variazioni genetiche osservate è data dal ruolo delle migrazioni umane: ogni ondata migratoria coinvolge un sottoinsieme della popolazione dell’ondata migratoria precedente, creando quello che in genetica si definisce un “collo di bottiglia”, ossia una selezione del patrimonio genetico.
In questo che è un lavoro del 2005 di Cavalli-Sforza, il suo gruppo studia la variabilità genetica mondiale trovando che a ogni passaggio migratorio si perde un po’ di variabilità. In parallelo questo studio lo stava facendo, e forse anche in maniera un po’ più sofisticata, un gruppo inglese. Erano vari i team di scienziati che stavano contribuendo a questi studi, tra cui anche il mio gruppo di ricerca. Alla fine, con il contributo di ciascuno, siamo arrivati a poter dire che questa è la regola dell’umanità.

Alcuni decenni prima di questi risultati, Cavalli-Sforza riconobbe che, al netto di altri effetti, la deriva genetica è uno dei grandi motori dell’evoluzione umana, oltre alla selezione naturale di Darwin. Quindi la velocità del cambiamento con il quale si crea la diversità umana dipende anche dal divergere in diverse sottopopolazioni del corredo genetico di una popolazione originaria?
A differenza degli ultimi lavori appena citati, sviluppati tra il 2000 e il 2010, la deriva genetica è invece uno studio che parte dagli anni ‘60. Era un tema importante perché dal punto di vista teorico si era visto che la deriva genetica, insieme al caso, poteva produrre degli effetti genetici sostanziali.
Ma c’erano dei grandi genetisti, tra cui Giuseppe Montalenti in Italia e l’inglese Ronald Fischer, i quali ritenevano, in una presunta ortodossia darwiniana, che la deriva genetica non avesse valore e che contasse solo la selezione naturale.
Quando Cavalli-Sforza prese la cattedra di genetica a Parma, cominciò a studiare i villaggi della piccola valle appenninica chiamata val di Parma, in cui le differenze tra un villaggio e l’altro non potevano certo dipendere dalla selezione naturale, perché erano nello stesso posto; tuttavia c’erano delle differenze genetiche sostanziali. Questo studio ha dimostrato empiricamente per la prima volta quanto importante sia la deriva genetica nel creare differenze fra le popolazioni anche quando queste vivono nello stesso ambiente.

Il lavoro di Cavalli-Sforza continua a percorrere quella che viene definita la sfida di Darwin, ossia cercare di sovrapporre l’albero della diversità genetica con quello della diversità linguistica. Nell’articolo “Geni, popoli e lingue” intravide una maggiore influenza dei fattori linguistici e culturali rispetto a quelli genetici. Cosa ne pensa?
In verità anche la sfida della sovrapposizione della genetica e della linguistica ha visto diversi gruppi interessati: io personalmente lavoravo su questo versante mentre collaboravo con il gruppo di Robert Sokal, il gruppo concorrente a quello di Cavalli-Sforza, negli anni in cui si stavano sviluppando le ricerche su questo tema. Ma è una vecchia intuizione di Darwin che, appunto, ancor prima della scoperta dei geni, pensò che quando si assiste a una scissione in due sottopopolazioni, avviene una separazione sia dei caratteri biologici sia delle caratteristiche culturali. La conclusione era dunque che popolazioni lontane biologicamente lo fossero anche linguisticamente.
Quando abbiamo fatto dei conti su tale affermazione, il gruppo di Cavalli-Sforza ha incominciato a fare un lavoro partendo dall’albero genealogico dell’umanità e quindi sull’effetto della storia. Invece noi ragionavamo sugli effetti della geografia: ipotizzavamo che se c’è una catena montuosa che divide due popolazioni, queste diventano diverse biologicamente, ma può anche bastare una diversità linguistica per creare lo stesso isolamento. In Alto Adige, ad esempio, chi nasce di lingua tedesca ha meno probabilità di sposarsi con uno che parla italiano rispetto alla probabilità di sposarsi con uno che parla la loro stessa lingua.
In pratica, ci sono dei casi in cui le differenze si accumulano per caso, grazie insomma alla deriva genetica, oppure perché ci sono delle differenze culturali che separano le popolazioni e le rendono indipendenti dal punto di vista evolutivo, come se ci fosse una catena montuosa o un braccio di mare.
Ancora una volta partiamo da un’intuizione di Darwin, che giustamente assume una direzione diversa da quella iniziale immaginata dal biologo britannico, il quale riteneva che fosse la selezione naturale il meccanismo creatore di differenza.

Un ribaltamento totale di quello che potrebbe essere il determinismo genetico, e il consolidamento di un maggior ruolo di lingua e cultura nell’influenzare la nostra struttura biologica. Non è un paradosso, visto che oggi abbiamo più certezze su come si sviluppa il cambiamento biologico piuttosto che quello linguistico-culturale?
È assolutamente vero: ad oggi abbiamo una conoscenza buona, comunque a grandi linee del meccanismo con cui si crea il cambiamento biologico, mentre i linguisti non hanno un modello consolidato per dire perché le lingue cambiano e si evolvono.
Il lavoro di Cavalli-Sforza era basato sulla ricostruzione della storia e finché lui era attivo si poteva studiare il patrimonio genetico di chi era in vita. Negli ultimi anni si è sviluppato lo studio del DNA antico, quindi è possibile andare a vedere, quando si è fortunati e si trova il campione giusto, il DNA di persone vissute nel passato, diciamo nell’arco degli ultimi 100.000 anni. Quindi non sappiamo più solo come siamo adesso, ma incominciamo ad avere delle idee su come fossero fatti i nostri antenati. Stiamo ricostruendo con maggiore accuratezza l’albero genealogico di tutta l’umanità che Cavalli-Sforza ha cercato di ricostruire per tutta la sua carriera.

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