scienza Questo esempio, tuttavia, non definisce la parola “religione”. Definisce solo le barriere necessarie a difendere la religione da un mutamento di contesto, da quella riformulazione che la trasformerebbe in un’esperienza temporale e secolare e, fors’anche facilmente, in una forma di svago. (G. Bateson, DAE) Abbiamo scoperto che la scienza è difficile; ma, se non fosse difficile, non ci divertiremmo (Giulia, II media)

l’evo-devo GLI ESEMPI CHE GREGORY BATESON NON POTEVA FARE “… tutto questo è una specie di esempio, un’illustrazione di qualcos’altro?” “Certo, proprio così!”. Ma un esempio di che cosa? (G. Bateson, VEM) Marcello Sala GLI ESEMPI CHE GREGORY BATESON NON POTEVA FARE l’evo-devo

Come siamo diventati ciò che siamo? specie evoluzione biologica evoluzione culturale sviluppo apprendimento individuo natura cultura

Come siamo diventati ciò che siamo? specie evoluzione biologica sviluppo individuo natura livelli logici Evo-devo esempio di relazioni che attraversano i livelli transcontestualità costitutiva della mente

Come siamo diventati ciò che siamo? Con ‘unità del tipo’ si intende quella fondamentale affinità strutturale che osserviamo negli organismi appartenenti a una stessa classe e che è del tutto indipendente dalle abitudini di vita. Secondo la mia teoria, l'unità del tipo si spiega con l'unità di origine. […] la selezione naturale opera adattando le varie parti di ciascun vivente alle sue condizioni di vita organiche e inorganiche, oppure avendole adattate in epoche molto remote [...] l'ereditarietà degli adattamenti precedenti [...] gli adattamenti, in tutti i casi, sono soggetti alle diverse leggi dello sviluppo. Charles Darwin, L’origine delle specie, 1859

[...] ciò che più ci preme è che la nostra descrizione del genotipo individuale sia formulata in un linguaggio appropriato ai messaggi genotipici e agli effetti ambientali che hanno foggiato il genotipo. (Bateson, DAE, pag. 174) Questa ‘informazione’ sull’ambiente è stata collocata nell’organismo attraverso un lungo processo filogenetico. (Bateson, VEM, pag. 454)

L’essenza dell’epigenesi sta nella ripetizione prevedibile; l’essenza dell’apprendimento e dell’evoluzione sta nell’esplorazione e nel cambiamento. (Bateson, MN, pag. 70) [...] l’epigenesi dev’essere in gran parte protetta dall’intrusione di nuove informazioni. Per ottenere ciò [...] lo sviluppo del feto dovrebbe seguire gli assiomi e i postulati depositati nel DNA [...]. Vi potranno essere casi in cui una mancanza o una perdita di informazione porta a gravi distorsioni dello sviluppo. (Bateson, MN, pag. 216)

Qual è il mostro? Testa di Drosophila mutante “antennapedia”

Drosophila qual è il mutante?

ali e bilancieri in un dittero

sono presenti anche nel tipo “normale” ma Drosophila (dittero) mutante Bithorax due paia di ali come gli insetti di origine più antica Che cosa ci dice questo? I geni responsabili del secondo paio di ali di Drosophila sono presenti anche nel tipo “normale” ma non “si esprimono” o si esprimono diversamente

Il tarso [della blatta] a quattro segmenti, che ricorre sporadicamente come una varietà, è costruito in modo non meno perfetto del tipo a cinque segmenti e le proporzioni delle sue diverse articolazioni non sono meno costanti. […] Sembra [...] che ci siano due possibili condizioni, l’una a cinque segmenti e l’altra a quattro, essendo ciascuna una posizione di stabilità organica. (William Bateson, 1894)

Che tipo di malformazioni sono? Non sviluppo incompleto o mancato di parti del corpo, ma elementi seriali (ali, zampe, antenne) sostituiti da altri (malformazioni omeotiche) cosa “c’è sotto”? Le diverse parti del corpo che sono omologhe e che, nelle prime fasi embrionali, sono simili, a quanto sembra tendono a variare in modo parallelo: è un fatto che riscontriamo nell’identicità della variazione della metà destra e di quella sinistra del corpo, negli arti anteriori e posteriori [...] Charles Darwin, 1859

numeri e strutture seriali Non solo mostri: numeri e strutture seriali Perché specie diverse di zebre hanno numero diverso di strisce? Perché le coppie di arti dei centopiedi geofilomorfi sono sempre in numero dispari?

È sorprendente che noi non sappiamo quasi nulla sul vasto sistema di comunicazione che deve certamente esistere per controllare la crescita e la differenziazione. (Gregory Bateson, MN, pag. 24 n) [...] il suo DNA consiste in comandi o ‘ingiunzioni’ che dicono all’embrione come deve crescere. (Bateson, DAE, pag. 307) Il biologo [...] può asserire che un uomo ha due mani, ma deve andare cauto nell’attribuire un numero al linguaggio del DNA. [...] Il biologo che ricorra alla relazione o alla configurazione anziché al numero sarà probabilmente più preciso [...] (Bateson, DAE, pag. 232)

Quale squadra finirà prima? Due squadre (A e B) hanno in dotazione 2 cubi grandi e 13 piccoli e devono realizzare una costruzione Alla squadra A viene data la scheda con le istruzioni Alla squadra B la scheda con i disegni del progetto Quale squadra finirà prima?

ISTRUZIONI PER LA COSTRUZIONE (squadra A) 3 operatori hanno a disposizione due cubi grandi e tredici cubi piccoli sul piano di un tavolo e seguono nell'ordine le indicazioni seguenti. I termini “frontale” "destra" "sinistra" "vicino" "lontano" si riferiscono al punto di vista dell'operatore in azione in quel momento. Gli operatori si collocano ai tre lati del tavolo in modo che l'operatore S si trovi sul lato Sud e abbia di fronte N sul lato Nord, l'operatore E si trovi sul lato Est e abbia S a sinistra e N a destra. L'operatore S colloca sul tavolo davanti a sé un cubo grande con una faccia a contatto con il piano del tavolo e due facce parallele al proprio piano frontale. L'operatore E colloca due cubi piccoli ciascuno con una faccia a contatto con il piano del tavolo e una faccia a contatto con uno dei due quarti inferiori della faccia verticale più vicina del cubo grande.

L'operatore N colloca due cubi piccoli con una faccia a contatto con il piano del tavolo, ciascuno con una faccia a contatto con la faccia verticale a sinistra di ciascuno due cubi piccoli già collocati. L'operatore S colloca un cubo piccolo con una faccia a contatto col piano del tavolo ed una a contatto con la faccia verticale a destra del cubo piccolo collocato più vicino. L'operatore E colloca due cubi piccoli con la faccia inferiore a contatto con la faccia superiore dei due cubi piccoli a contatto con il cubo grande. L'operatore N colloca due cubi piccoli con una faccia a contatto del piano del tavolo, il primo con una faccia verticale a contatto con il quarto inferiore a destra della faccia frontale più vicina del cubo grande, e il secondo con la faccia più lontana a contatto con quella più vicina del cubo piccolo più vicino. L’operatore S colloca due cubi piccoli con le facce inferiori a contatto con le facce superiori dei due cubi piccoli collocati più in alto. L'operatore E colloca due cubi piccoli con una faccia a contatto con il piano del tavolo, il primo con una faccia verticale a contatto con il quarto inferiore più vicino della faccia a destra del cubo grande, e il secondo con la faccia più lontana a contatto con la faccia più vicina del cubo piccolo più a destra. L'operatore N colloca un cubo grande con una faccia a contatto con la faccia superiore del cubo grande già collocato.

DISEGNI DEL PROGETTO (squadra B)

Quale squadra finirà prima? … Quali conoscenze dovevano avere la squadra A e la squadra B per poter eseguire il compito? Per l’osservatore sia A che B stanno costruendo un oggetto specifico seguendo un codice di istruzioni l’oggetto sta nello spazio cognitivo dell’osservatore, ma nel caso A, le istruzioni non codificano per un oggetto ma per una sequenza di azioni che, se eseguite in certe condizioni, realizzano l’oggetto  l’oggetto finale non sta nello spazio cognitivo di A, la sua rappresentazione non è necessaria il compito di B consiste nel costruire di proposito cose che si approssimano a uno stato finale noto: l’oggetto finale deve essere rappresentato nello spazio cognitivo di B

E se si tratta di dispositivi biologici di “basso livello” ? Quale dei due modi è più facilmente realizzabile con un dispositivo materiale (un “automa”)? A (istruzioni) Rappresentazioni non necessarie per realizzare il prodotto Sufficienti istruzioni che rientrino nelle possibilità operative del dispositivo (capacità cognitive in dotazione)  può essere un automa B (disegni) Più agevole per una mente umana Richiede una rappresentazione del risultato molto complicata da realizzare con un dispositivo automatico (tentativi con le reti neuronali che imitano l’organizzazione del cervello) E se si tratta di dispositivi biologici di “basso livello” ? Ipotesi più logica: funzionano nel modo A senza rappresentazione

Una persona deve disegnare una circonferenza e non l’ha mai fatto prima: immaginate di doverle dare istruzioni per telefono ... si usa un dispositivo che mantenga fisso il centro e la distanza della matita dal centro elementi esterni alla linea disegnata si percorre una linea chiusa di curvatura omogenea indicazioni localizzate nella matita 

[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] che cos’è?

Sulla superficie dell’ala una “quadrettatura” circonferenza nera = quadretti neri disposti nelle posizioni “giuste”

Su un foglio a quadretti x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x (x-a)2 +(y-b)2= r2 Su un foglio a quadretti come si possono individuare le posizioni “giuste”? Sistema di coordinate: ogni riga e ogni colonna identificata da un numero: terzo modo di disegnare una circonferenza (Cartesio) Ma chi disegna circonferenze cartesiane materialmente sulle ali della farfalla? il disegno si fa da sé man mano che la farfalla si sviluppa

[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] Scaglie che ricoprono la superficie dell’ala e che si sviluppano ciascuna da una cellula

Come è possibile che le cellule diventino di un certo colore? Ipotesi: dentro le cellule un “macchinario” che produce un colorante Come è possibile che alcune cellule diventino colorate e altre no? ... Per strada 10 auto Panda, 5 con fari spenti e 5 accesi: sono state fabbricate in due modelli, uno con i fari spenti e uno con i fari accesi? Per ragioni “economiche” fabbricate tutte con i fari e con la possibilità che siano accesi e spenti  interruttori

perché alcune cellule producono quel colore e altre no? Le cellule della farfalla all’inizio sono tutte uguali perché vengono dalla ri produzione di una prima cellula  tutte sono dotate del “macchinario” che produce il colore allora perché alcune cellule producono quel colore e altre no? In quelle cellule il “macchinario” è “acceso”  il “macchinario” deve avere un “interruttore” Esistono macchine che si accendono e si spengono senza che nessuno dall’esterno azioni l’interruttore? Es. illuminazione delle città: interruttori sensibili alla luce

Come fanno gli interruttori di certi impianti anti-incendio a scattare da sé quando c’è un incendio? Sensibili a fumo o temperatura... reazione senza rappresentazione Come scatta la reazione? La reazione dipende dall’intensità dello stimolo scatta quando lo stimolo supera una certa soglia Il fumo e il calore si diffondono con un gradiente: quindi da cosa dipende la reazione? dalla distanza del sensore dalla fonte dello stimolo informazione, senza rappresentazione, su una misura

Come funzionano gli “interruttori” nelle cellule? Ipotesi: sono sensibili a qualche sostanza quando supera una certa concentrazione, gli “interruttori” accendono il “macchinario” che produce il colorante “interruttori” = geni nelle cellule sostanze che li “accendono/spengono” = regolatori prodotti da altri geni DNA umano: 3.300.000.000 nucleotidi solo 2% geni = 23.000 geni con espressioni proteiche: quale funzione ha il 98% del DNA (“spazzatura”)? Si sa che contiene circa 4.000.000 “interruttori”

I regolatori vengono prodotti in certe posizioni e poi diffondono,  la loro concentrazione è diversa a seconda della distanza dal luogo di diffusione Gli interruttori del “macchinario” “si accendono” solo nelle cellule che si trovano dove la concentrazione di regolatori è adeguata

[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] stessa zona alare nella farfalla colorazione naturale che ipotesi sulla loro funzione? nell’embrione colorazione artificiale di sostanze specifiche

Sostanza colorata in viola: regolatore del “macchinario” che produce il nero sostanza colorata in verde: regolatore del “macchinario” che produce il giallo

[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] che cos’è? Arto di embrione di pollo in stadi successivi [S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] Che cosa sono le parti più scure? Non opacità delle ossa ma colorazione artificiale di un regolatore per lo sviluppo osseo

Ma come fanno i regolatori a trovarsi nei posti “giusti” come se ne avessero gli indirizzi? Anche i regolatori sono prodotti dalle cellule anche i “macchinari” che li producono vengono “accesi” dai regolatori dei regolatori…  gerarchia ricorsiva di regolazioni si realizza soprattutto nell’embrione quando l’organismo si costruisce Ma come fanno i regolatori dei regolatori ecc. a trovarsi nei posti “giusti”? Risalire all’indietro  localizzazione più semplice all’inizio una sola cellula (zigote) di forma sferica

Come possono essere individuare le diverse posizioni su una sfera? Sistema delle coordinate latitudine-longitudine Che cosa serve per determinare la latitudine di un punto su una superficie sferica? Riferimento a un polo  sistema di paralleli = diverse distanze dal polo 

latitudine = rappresentazione di un osservatore: “mappa” Sulla Terra latitudine = rappresentazione di un osservatore: “mappa” Ma il polo è una realtà fisica del “territorio”? Sì: asse di rotazione Nel “territorio” dell’uovo esiste una polarità fisica? E la distanza come può essere una realtà fisica? Un gradiente di concentrazione di qualche sostanza prodotta nel polo è una informazione materiale sulla distanza dal polo Uovo di rana “polo animale”

Che cosa serve per determinare la longitudine di un punto su una superficie sferica? Distanza da un meridiano 0 Come può essere identificato il meridiano 0? Terra: meridiano 0 convenzionale, appartiene alla “mappa” Ma corrisponde a qualcosa di materiale nel “territorio”? passa per Greenwich Nell’uovo esiste un meridiano “speciale” identificabile materialmente? Nell’uovo di rana: il punto di ingresso nella cellula uovo dello spermatozoo identifica un meridiano particolare

Sulla superficie dell’uovo latitudine e longitudine sono valori di qualche variabile materiale (esempio concentrazione di una sostanza) sono informazioni se esiste un dispositivo biologico sensibile a quella variabile materiale cioè capace di reagire alle sue variazioni (differenze)

Il messaggio occorrente non è contenuto nel DNA [...] dello spermatozoo. Basta anche solo la puntura con un pelo di cammello [...] quello che serve è solo un marcatore di differenza [...] (Bateson, MN, pag. 217)

[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] dorso testa coda ventre [S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006] Embrione di rana: colorazione di regolatori 1 per lo sviluppo della colonna vertebrale 2 per lo sviluppo della testa La polarità 1 determina l’asse dorso-ventrale la 2 quello testa-coda Sostanze biochimiche  caratteristiche formali

Queste tre direzioni devono essere combinate L’asimmetria di un arto laterale, per esempio di una mano, richiede un giusto orientamento in tre direzioni [...] Queste tre direzioni devono essere combinate in modo corretto per costruire una mano destra invece di una mano sinistra. Se una delle direzioni viene invertita [...] ne risulta un’immagine rovesciata. (Bateson, MN, pag. 220)

[...] l’abbozzo dell’arto anteriore destro. Si ricordi che questo arto è diverso dall’arto sinistro e che questa differenza non può essere nel DNA, perché nelle cellule della parte destra e in quelle della parte sinistra c’è lo stesso DNA. Da dove viene allora questa differenza? [...] Adesso lo amputiamo, lo solleviamo, lo ruotiamo di 180° e lo rimettiamo al suo posto. [...] L’arto si sviluppa nella nuova posizione e [...] diventa una zampa sinistra! [...] (Bateson, SU, pag. 285) Che cosa ci dice questo? L’informazione sull’orientamento dell’asse non è interna all’abbozzo dell’arto, ma si trova nell’ambiente circostante

Sembra che il corpo dell’embrione abbia un gradiente anteroposteriore che è determinato ancor prima che si formi il rigonfiamento dell’abbozzo di arto. [...] Ma l’informazione dorsoventrale viene molto più tardi. Noi abbiamo eseguito l’operazione prima [...] Il mondo della morfogenesi obbedisce a una logica topologica. Invertendo una dimensione si ottiene l’immagine speculare [...] Questi gradienti sono gradienti di informazione. [...] Qualunque differenza potrebbe fungere da informazione: potrebbe essere di natura elettrica, chimica [...] per quanto ne so potrebbero essere meccanismi a orologeria. [...]  (Bateson, SU, pag. 285-286)

Le forme degli animali e delle piante sono trasformazioni di messaggi. L’anatomia deve contenere qualcosa di analogo alla grammatica, poiché tutta l’anatomia è una trasformazione di materiale di messaggio, che deve essere trasformato in modo contestuale. (Bateson, MN, pag. 33)

È il contesto che fissa il significato, e deve essere sicuramente il contesto del ricevente a dar significato alle istruzioni genetiche. Quando chiamo questa cosa “naso” io cito le istruzioni di sviluppo dell’organismo e cito l’interpretazione data a questo messaggio dai tessuti che l’hanno ricevuto. Alcuni preferirebbero definire i nasi mediante la loro funzione, l’olfatto. [...] La proboscide del feto, in genere, non sente alcun odore. L’embriologia è formale. (Bateson, MN, pag. 31)

Dalle descrizioni formali (es. simmetrie) di processi biologici (es. sviluppo di arti bilaterali) che idea si ricava sullo sviluppo embrionale verso una forma? Lo sviluppo avviene grazie a un’organizzazione gerarchica nello spazio e nel tempo di informazioni che producono effetti

Si possono distinguere queste tre zebre? Diversa larghezza e frequenza delle strisce Il pattern delle strisce bianche e nere è un carattere variabile ma varia tra le specie mentre è tendenzialmente costante all’interno della specie cosa c’è “sotto”? Zebra di Grevy (Equus grevyi) Zebra di montagna (Equus zebra) Zebra di Burchell (Equus burchelli)

Che cosa possiamo inferire queste informazioni? Numero di strisce negli adulti: zebra di Grevy 80 zebra di montagna 43 zebra comune 25-30 La forma delle strisce delle zebre differisce soprattutto nella metà posteriore del corpo: z. di Grevy: strisce fitte parallele z. di montagna: strisce larghe solo sui quarti posteriori z. comune: strisce larghe a partire da metà corpo verso i posteriori Le strisce delle zebre possono comparire nell’embrione in momenti diversi, ma, quando compaiono, hanno sempre una larghezza di 0,4 mm Lunghezza dell’embrione di zebra: III settimana 11 mm IV settimana 15-18 mm V settimana 32 mm L’embrione di zebra dalla III alla V settimana si espande più nel dorso che nel ventre Che cosa possiamo inferire queste informazioni?

Se le strisce compaiono alla III settimana, in 11 mm zebra di Grevy zebra di montagna zebra comune Se le strisce compaiono alla III settimana, in 11 mm ce ne stanno circa 25-30, che poi si allargano nel dorso: il risultato è l’aspetto della z. comune. Se le strisce compaiono nella V settimana, in 32 mm ce ne stanno 80 e non ci sarà più allargamento: il risultato è l’aspetto della z. di Grevy La z. di montagna rappresenta il caso intermedio Il numero di strisce nell’adulto dipende dal momento di comparsa delle strisce nell’embrione La differenza tra le tre specie consisterebbe nel diverso tempo  della comparsa delle strisce

[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006]

Come è organizzato lo sviluppo delle strisce? Tutte le cellule dell’embrione sono dotate dello stesso patrimonio di geni ma essi “si esprimono” (producono caratteri fenotipici) solo quando vengono attivati I geni responsabili della colorazione (b/n) nelle cellule sono gli stessi nelle tre specie ma i geni regolatori che attivano i geni “coloranti” entrano in funzione in tempi diversi dello sviluppo (“meccanismi a orologeria”) Come possono essere sensibili al passare del tempo? (Bateson: “E Cartesio?”) Potrebbero essere sensibili alla concentrazione di qualche sostanza che si degrada con il passare del tempo

Come siamo diventati ciò che siamo?

Embrioni di quali animali? ! Somiglianze esagerate da Haeckel ! Embrioni di quali animali?

(idea dell’evoluzione come progresso) Quanti hanno sentito dire: “l’ontogenesi ricapitola la filogenesi”? Che cosa significa? Le forme che successivamente l’embrione assume nello sviluppo individuale sono le forme degli animali che si sono succeduti nell’evoluzione Antica idea pre-evoluzionistica enunciata come “legge biogenetica” da Haeckel nel 1866 La ricapitolazione è indotta da due processi: - accelerazione degli stadi più antichi dell’embriogenesi aggiunta di nuovi stadi alla fine per dinamiche lamarckiane (idea dell’evoluzione come progresso)

Perché gli embrioni si assomigliano più delle forme adulte? Che cosa si vede in questa immagine? [...] gli embrioni dei vertebrati esistenti assomigliano all’embrione dei progenitori di questa grande classe più di quanto i vertebrati esistenti adulti assomiglino ai loro progenitori allo stadio adulto. (C. Darwin, “Saggio” 1844) La comunanza di struttura embrionale rivela la comunanza di discendenza (C. Darwin, L’origine delle specie, 1859) Perché gli embrioni si assomigliano più delle forme adulte? Lo sviluppo procede per differenziazione e specializzazione Le forme animali meno evolute divergono meno dalla condizione embrionale, perciò mantengono una somiglianza con gli embrioni delle forme più evolute (von Baer 1828) Le fasi dello sviluppo possono accelerare o ritardare (eterocronia)

sono più facilmente assimilate nella cultura di massa La “legge biogenetica” di Haeckel viene discussa, falsificata, abbandonata dalla comunità dei biologi dopo l’affermarsi della genetica e dell’embriologia sperimentale nei primi decenni del XX secolo Le idee sbagliate sono più facilmente assimilate nella cultura di massa e hanno vita eterna perché? ...

Esiste una ragione a priori per attendersi che la struttura formale degli embrioni rassomigli a quella degli embrioni delle forme ataviche più di quanto la struttura formale degli adulti non rassomigli a quella degli adulti atavici [...] : deviare all’inizio del percorso è più difficile (meno probabile) che deviare più avanti. (Bateson, MN, pag. 239)

Ed allora, come spiegare tutti questi fatti sull'embriologia? La diffusa ma non universale differenza strutturale tra embrione e adulto; la presenza di parti appartenenti allo stesso embrione che, alla fine, diventano molto dissimili e servono a scopi diversi, mentre in questa fase iniziale sono simili; l'esistenza in una stessa classe di embrioni appartenenti a diverse specie, che in generale,ma non universalmente, si rassomigliano fra di loro; il fatto che la struttura di un embrione non è strettamente correlata alle condizioni di esistenza [...] A mio vedere tutti questi fatti possono essere spiegati in base alla teoria della discendenza con modificazioni. (C. Darwin, L’origine delle specie, 1859)

le più ampie ipotesi della tassonomia. Alcuni cambiamenti [...] saranno più difficili e improbabili [...] le variabili che variano più lentamente [...] potrebbero diventare il nucleo di quelle omologie su cui sarebbe possibile basare le più ampie ipotesi della tassonomia. [...] La cosiddetta omologia seriale ha in comune con l’omologia filogenetica il fatto generale che, nel complesso, le somiglianze precedono le differenze. [...] la somiglianza è più antica, sia nella filogenesi che nell’ontogenesi, della differenza. [...] È in effetti una prova a sostegno dell’ipotesi che gli organismi devono veramente essere messi in relazione tra loro come punti o posizioni su un albero ramificato. (Bateson, MN, pag. 222)

nel genotipo. (Bateson, MN, pag. 226) La diversità delle forme di animali dello stesso gruppo (con lo stesso piano costruttivo) può essere ottenuta attraverso trasformazioni matematiche (distorsioni sistematiche) Questa semplicità e persistenza devono sicuramente significare che le differenze tra i fenotipi [...] vengono rappresentate da un numero limitato di differenze nel genotipo. (Bateson, MN, pag. 226) Gli embrioni sono molto simili: come si può produrre la diversità di forma? Durante lo sviluppo crescita differenziata nelle varie direzioni  geni ad azione “vettoriale” D’Arcy Thompson, 1917

Quale dei due assomiglia di più all’uomo? Il cucciolo di scimpanzé assomiglia all’uomo più dell’adulto  la forma infantile perdura nell’Homo (neotenia) Che relazione c’è con le trasformazioni di D’Arcy Thompson? Negli scimpanzé potrebbero entrare in azione geni “vettoriali” che stimolano la crescita in una direzione in modo differenziato D’Arcy Thompson, 1917

Evidentemente la striatura delle penne scapolari [di un mutante] era dovuta alle stesse circostanze o cause che la striatura delle penne ventrali. Di conseguenza, dal punto di vista del messaggio ‘sii striato’, le penne dorsali, in certe circostanze (quali?), potevano ricevere questo messaggio. [...] Il problema principale, naturalmente, era come queste idee o ingiunzioni potessero mettersi in relazione con la materia interagente di cui è fatto il corpo. E Cartesio? (Bateson, SU, pag. 306-308)

Come possono le informazioni produrre effetti materiali? Le informazioni consistono in differenze tra sostanze che inducono trasformazioni biochimiche Differenze nel DNA  differenze nel mRNA   differenze di enzimi prodotti   differenze di enzimi prodotti da l’attività di enzimi prodotti da... (ricorsività)   differenze di effetti (caratteri strutture funzionalità)

Le mutazioni omeotiche riguardano singoli geni: che cosa ci dice questo sui geni? Geni con funzione di regolazione dello sviluppo ad alto livello gerarchico (geni master) es. segmentazione, organizzazione lungo assi... Come si esercita questa funzione regolativa? I master codificano per Fattori di Trascrizione nelle loro zone di espressione i FdT agiscono su geni bersaglio attivando/reprimendo la trascrizione DNA-mRNA e di conseguenza l‘espressione di quei geni I geni bersaglio possono essere a loro volta dei regolatori Zone di espressione di geni Hox nello sviluppo dei segmenti del rombencefalo di un vertebrato [S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006]

Perché le coppie di arti dei centopiedi geofilomorfi sono sempre in numero dispari? Immaginiamo un sito particolare, una piccola regione dell’embrione in via di sviluppo che deve ricevere una certa versione delle istruzioni che governano il numero di questi arti. La versione che specifica per “cinque” o “dieci” non può essere di alcuna utilità: che ne sa quel punto, quel gruppetto di cellule in quella particolare regione dell’embrione di un numero che è invece contenuto nel più ampio aggregato di tessuti che stanno formando quelle appendici? (G. Bateson, DAE)

che hanno tra gli effetti lo sviluppo di zampe in ogni segmento Perché le coppie di arti dei centopiedi geofilomorfi sono sempre in numero dispari? Dei geni master della segmentazione che hanno tra gli effetti lo sviluppo di zampe in ogni segmento entrano in funzione ripetutamente a partire da una posizione caudale: il risultato sono bande di espressione (di FdT) che avanzano spingendo avanti quelle precedenti Tra le bande che avanzano si formano nuove bande secondarie di espressione  numero di bande finale = n (primarie) + n-1 (secondarie) = 2n – 1 ovvero un numero dispari

questo materiale genetico Nel moscerino Drosophila i geni responsabili delle mutazioni omeotiche (geni Hox) hanno una parte comune (homeobox) Homeobox simili a quelle del moscerino sono stati trovati anche in topi e rane: il fatto che questo materiale genetico sia condiviso che cosa ci dice? È stato ereditato a partire dall’antenato comune: gli antenati comuni di moscerini e topi risalgono al Cambriano, più di 550 Milioni di anni fa

sia stata conservata nell’evoluzione che cosa ci dice? Il fatto che una parte di genoma sia stata conservata nell’evoluzione che cosa ci dice? Questi geni hanno funzioni basilari per la costruzione dei corpi degli animali Homeobox in tutto il regno animale  universalità del codice Hox nel “kit degli attrezzi” per lo sviluppo embrionale di tutti gli animali [S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006]

L’organismo (forma e funzioni) è il risultato della somma delle espressioni dei geni che compongono il genoma? L’organismo è il risultato della organizzazione nello spazio e nel tempo della loro espressione (sviluppo) Che cosa ne consegue per l’evoluzione? Le differenze di fenotipi individuali, da cui dipende la diversità di fitness, e quindi la sopravvivenza/riproduzione differenziata non sono determinate semplicemente dalla somma delle differenze nei singoli geni

Come siamo diventati ciò che siamo? specie evoluzione biologica sviluppo individuo natura livelli logici EVOLUZIONE = modificazione delle forme viventi attraverso il succedersi delle generazioni (ereditarietà) SVILUPPO = processo morfogenetico di modificazione dell’organismo nel tempo della vita individuale

Evo-devo (evolutionary developmental biology) esempio di attraversamento dei livelli transcontestualità costitutiva della mente Ogni forma vivente è il risultato di un processo di sviluppo: la comparsa di forme nuove nell’evoluzione (evo-) dipende da qualche modificazione nel processo dello sviluppo (-devo) Ciò che viene ereditato è una configurazione di informazioni non sui caratteri del fenotipo finale ma sulla organizzazione dello sviluppo di quei caratteri e su come questa organizzazione può reagire all’ambiente in cui si sviluppa [M. Ferraguti, C. Castellacci, Evoluzione: modelli e processi, Pearson 2011]

l’evo-devo GLI ESEMPI CHE GREGORY BATESON NON POTEVA FARE “… tutto questo è una specie di esempio, un’illustrazione di qualcos’altro?” “Certo, proprio così!”. Ma un esempio di che cosa? (G. Bateson, VEM) Marcello Sala GLI ESEMPI CHE GREGORY BATESON NON POTEVA FARE l’evo-devo