Il progettista di cerniere

60 anni fa, James D. Watson e Francis Crick scoprirono la struttura a doppia elica della molecola di DNA. Fu una scoperta epocale, perché permise di capire come è codificata nelle cellule l’informazione genetica che si trasmette dai genitori ai figli, ponendo le basi dell’attuale genetica. Visto che in questi giorni non si fa che parlarne, sono andato su Wikipedia a farmi un ripasso di biologia, ed è così che ho scoperto un grosso difetto di “progettazione”, di cui parlerò in questo post. Ma prima, per quelli più arrugginiti, farò un breve ripasso al livello di scuola media; chi non ne avesse bisogno, può saltare direttamente al paragrafo successivo.

Doppia elica

Il DNA è composto da due filamenti, ciascuno costituito da una serie di nucleotidi (Adenina, Citosina, Guanina, Timina, brevemente: A, C, G, T);¹ è la sequenza di questi nucleotidi, diversa da individuo a individuo, a determinare il patrimonio genetico, cioè l’insieme di tutte quelle caratteristiche ereditarie che si trasmettono di generazione in generazione.
I nucleotidi possono essere visti semplicisticamente come dei pezzi meccanici quasi identici, ciascuno con tre attacchi: due laterali, un “maschio” e una “femmina”, e uno frontale (qui maschio e femmina non hanno nulla a che vedere col sesso, è un termine del gergo ingegneristico che indica due connessioni complementari che si incastrano tra loro: se la spina elettrica è un maschio, la presa è una femmina).
I ganci laterali maschi sono uguali per tutti i nucleotidi, così come quelli femmina, e questo permette di unire i nucleotidi in una catena, con una serie di connessioni maschio-femmina²: questa catena costituisce un filamento. E quelli frontali? Ora ci arriviamo.
La doppia elica di DNA è costituita da due di questi filamenti attorcigliati l’uno intorno all’altro e uniti tra loro, nucleotide per nucleotide, tramite gli attacchi frontali dei nucleotidi di cui sono costituiti.

struttura chimica DNA

Come si vede in questa immagine, i vari nucleotidi sono composti da uno zucchero (il pentagono giallo-arancio), un gruppo fosfato (il pallino giallo brillante) e una base azotata (le strutture colorate rispettivamente in verde, rosso blu e viola). La parte zucchero-fosfato, come si vede, è uguale per tutti i nucleotidi e permette il collegamento di più nucleotidi “a catena”; mentre di basi azotate ce ne sono 4 diverse, che possono connettersi solo a coppie A-T e C-G.

Gli attacchi frontali sono diversi da nucleotide a nucleotide e complementari a coppie: A si lega solo a T (e viceversa), mentre C si lega solo a G (e viceversa). A non si può legare né a C né a G, così come T non si può legare né a C né a G, eccetera eccetera. In questa maniera i due filamenti contengono praticamente la stessa informazione, solo rappresentata in maniera complementare: partendo da una doppia elica, separando i due filamenti, e ricostruendo per ciascun filamento una nuova catena ad esso complementare, si ottengono due doppie eliche identiche a quella iniziale. È così che avviene la riproduzione.

Dna duplicazione

E qui viene il problema.
La comune rappresentazione che si da del meccanismo di replicazione del DNA è quella di una cerniera che si apre e alle cui due metà, complementari tra loro, si riattaccano nuovi filamenti complementari ricostruiti a partire da nucleotidi singole.
Tuttavia, i due filamenti che costituiscono la doppia elica hanno un “verso”, determinato dall’orientamento degli attacchi maschio-femmina: la catena

<A< <C< <T< <G< <T< <A< <G<

è distinta dalla catena

>A> >C> >T> >G> >T> >A> >G>

La connessione frontale tra A e T (e anche quella tra C e G) funziona solo se A e T sono orientati in modo opposto. Cioè, è possibile che una catena di A si leghi a una catena di T in questa maniera:

<A< <A< <A< <A< <A< <A<
>T> >T> >T> >T> >T> >T>

ma non non in questa:

<A< <A< <A< <A< <A< <A<
<T< <T< <T< <T< <T< <T<

A causa di ciò, i due filamenti che compongono la doppia elica non sono orientati nello stesso verso, ma in verso opposto: cioè, procedendo nel verso maschio-femmina lungo un filamento, l’altro filamento è collegato femmina-maschio.

Il problema è che l’enzima che ricostruisce il filamento complementare attaccando nuovi nucleotidi complementari ai filamenti “nudi” procede solo in un verso, diciamo quello maschio-femmina: perciò, quando “la cerniera si apre”, una metà può essere replicata in maniera diretta (quella orientata maschio-femmina), mentre l’altra (orientata femmina-maschio) viene replicata “all’indietro” a pezzettini di qualche centinaio/migliaio di nucleotidi, e sono poi necessari tutta una serie di altri enzimi che raccordano tutti questi pezzettini tra loro con un meccanismo complicato suggerito da Reiji Okazaki.

DNA_replication_it

In questa immagine si vede come il filamento “guida” (quello in basso) si replica in maniera diretta (da sinistra verso destra), mentre il cosiddetto filamento “lento” (quello in alto) si replica in verso opposto (da destra verso sinistra) a pezzetti che vengono poi raccordati grazie ad altri enzimi (come la DNA ligasi)

Per quanto il funzionamento del DNA sia straordinariamente affascinante e mi evochi sentimenti di meraviglia quasi sacra ogni volta che ci penso, un qualunque progettista intelligente sano di mente avrebbe fatto le cose in maniera molto diversa. Avrebbe per esempio usato nucleotidi diversi che permettessero ai filamenti di legarsi tra loro nello stesso verso; oppure enzimi che lavorano in entrambi i versi. Queste sono solo le prime due cose che mi sono venute in mente, ma una mente creativa è in grado di tirar fuori in 5 minuti decine di proposte valide.

Questa del DNA è solo una delle migliaia di evidenze sperimentali del fatto che che non c’è nessun disegno intelligente dietro alla Vita: non solo nessuna mente che abbia progettato tutto, ma nanche una che abbia anche solo “guidato” l’evoluzione. L’evoluzione è solo uno stupido meccanismo incrementale senza alcun senso di prospettiva.² Nelle nostre cellule l’informazione genetica è codificata dal DNA non perché questo sia un buon sistema progettato con intelligenza: ma perché prima del DNA le forme di vita meno evolute usavano l’RNA, di cui il DNA è solo una versione più efficiente (sotto certi punti di vista).³
Parafrasando Cynthia Kenyon: lo studente meno brillante del corso è in grado di fare in un’ora cose più complicate di quel che l’evoluzione è stata capace di fare in miliardi di anni. Degli insulsi e goffi mammiferi bipedi con un chilo e mezzo di gelatina nella testa, che in un lotta contro una tigre non verrebbero dati un soldo falso, hanno inventato il fucile e la tigre se la arrostiscono per cena.
Abbiamo iniziato a fare seriamente Scienza da solo 400 anni, e siamo in grado di costruire sistemi di pannelli solari + batteria che convertono l’energia del Sole in energia chimica più efficientemente delle piante, macchine elettriche che convertono energia chimica in energia meccanica più efficientemente dei muscoli. Abbiamo costruito razzi e mandato gente sulla Luna, oggi sveliamo un segreto dell’Universo all’anno, in questo secolo avvieremo la colonizzazione del Sistema Solare e nel giro di qualche centinaio d’anni partiranno le prime navi a colonizzare altri sistemi stellari. Grazie a noi la vita terrestre (forse l’unica Vita, forse no, ma sicuramente qualcosa di raro e prezioso) si diffonderà al di fuori di questo pianeta su migliaia, milioni, miliardi di altri mondi, e le galline e tutti gli animali che ci porteremo con noi, se potessero capirne la portata, ringrazierebbero.

I risultati dell’evoluzione biologica ci sono superiori ancora in alcuni campi, come la nanotecnologia, ma è solo questione di pochi anni prima di sorpassarla anche lì. E abbiamo iniziato da 400 anni.

Dateci un milione di anni, e vi costruiamo Dio in persona.

(le immagini sono prese da Wikimedia commons; ci tengo a precisare che sono un fisico, non un biologo, quindi chiedo scusa in anticipo per eventuali imprecisioni o inesattezze e invito chi è più competente di me a correggermi nei commenti)

¹ Le lettere A, C, G, T, per essere pignoli, non si riferiscono ai nucleotidi, ma alle basi azotate: per i nucleotidi si usa una nomenclatura leggermente più complessa. Tuttavia, per gli scopi di questo post, questa è una sottigliezza secondaria, e ho preferito indicare ogni nucleotide direttamente con la lettera associata alla base che lo contraddistingue.

² Per chi avesse già le basi di biochimica: si tratta del ponte diesterico tra il gruppo acido del fosforo e il gruppo alcolico dello zucchero.

² Molte persone non sono in grado di reggere il peso di questa consapevolezza, sapere che non c’è un fine stabilito “dall’alto” dietro alla nostra esistenza, ma solo una serie di cause casuali; è perfettamente normale, e anche gli atei, talvolta, patiscono il senso di solitudine che ne consegue; ma questo non è un buon motivo per negare o minimizzare i fatti e cercare conforto nelle rassicuranti “certezze” di una religione che in cuor tuo sai esser falsa, perché:

«Ciò che è vero, è già in atto.
Ammetterlo non lo rende peggiore.
Non averne la mente aperta, non lo fa andare via.
E siccome è vero, è ciò con cui ci è dato avere a che fare.
Qualunque cosa non vera, non è disponibile per esser vissuta.
Le persone hanno la forza di sopportare ciò che è vero,
perché di fatto ci stanno già vivendo dentro.»
Eugene Gendlin

E poi: ma dove sta scritto che il fine della nostra esistenza ce lo deve dare qualcun altro? Io, onestamente, il fine della mia esistenza preferisco darmelo da solo! Noi umano siamo qualcosa di più che pupazzetti animati di un bambinone che non teneva niente da fare.

³ Perché le forme di vita meno evolute usassero l’RNA in primo luogo, è una questione estremamente interessante, di cui magari parlerò in un altro post: se state smaniando dalla voglia di saperlo, in questo altro blog si parla di un recente esperimento che avvalorerebbe l’ipotesi del mondo a RNA.

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