Alle origini del cervello

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Dalla “memoria del lievito” al cervello umano: come le proteine hanno segnato l’evoluzione del nostro sistema nervoso.

Che cosa abbia determinato la complessità del nostro cervello è un importante quesito al quale da diversi anni gli scienziati cercano di rispondere.

La teoria corrente è di genere quantitativo: “di più è meglio”. Dato che le componenti funzionali delle sinapsi, i punti in cui il segnale elettrico che viaggia lungo l’assone di un neurone viene tradotto in segnali chimici per passare al neurone contiguo, sono uguali in tutti gli animali, dall’umile verme all’uomo, e che l’unica differenza che si osserva a livello macroscopico dagli animali più semplici a quelli più complessi è il numero di sinapsi, si pensa che a determinare la crescente complessità sia proprio questa numerosità.

Seth Grant, a capo del Gene to Cognition Programme dell’istituto Wellcome Trust Sanger, non la pensa così: “I nostri studi non hanno trovato alcuna prova di questa ipotesi,” spiega lo scienziato. “Quello che abbiamo osservato noi è una notevole differenza nel numero di proteine utilizzate per le connessioni neuronali fra le diverse specie.”

Su 600 proteine presenti nelle sinapsi dei mammiferi analizzate da Grant e colleghi, solo il 50% si trovano anche nelle sinapsi degli invertebrati, e solo il 25% negli animali monocellulari.

Perché tutto questo interesse per una struttura del sistema nervoso che, se non marginale, sembrerebbe comunque avere il ruolo piuttosto meccanico di traghettare l’informazione nervosa attraverso i “vuoti” di continuità fra un neurone e l’altro? Bisogna pensare alle sinapsi non solo come delle specie di ponti sulle autostrade delle fibre nervose, ma anche come a delle “centraline” di smistamento dell’informazione o meglio ancora a dei miniprocessori. Nelle sinapsi si trovano le basi neuronali dell’apprendimento e delle memoria.

Per questo motivo gli studi come quello di Grant, pubblicato su Nature Neuroscience, sono importanti per comprendere l’evoluzione del sistema nervoso umano.

La cosa più sorprendente evidenziata da Grant è che alcune proteine importanti per la memoria e l’apprendimento si trovano nelle cellule del lievito, che non ha un cervello, dove servono a reagire a segnali ambientali, come per esempio lo stress legato alla scarsità di nutrimento o ai cambi di temperatura.

“Le proteine che si trovano negli animali monocellulari rappresentano una sorta di proto-sinapsi legata a comportamenti molto semplici,” spiega Grant. “Questo gruppo di proteine con l’evoluzione di invertebrati e vertebrati si è arricchito contribuendo ai comportamenti più complessi di questi animali.”

“L’evoluzione molecolare delle sinapsi è come l’evoluzione dei processori di computer,” conclude Grant. “La complessità crescente ha dato ai processori maggiore potenza di calcolo, e gli animali con i processori più potenti possono fare più cose degli altri.”

9 giugno 2008