Alle origini del sistema nervoso: i diversi modi in cui si può formare un neurone

Nel 1906, due neuroscienziati condivisero il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina per il loro lavoro sulla struttura del sistema nervoso. Sorprendentemente, i due divergevano proprio su un aspetto fondamentale di questa struttura: mentre Camillo Golgi proponeva che le cellule nervose animali formassero una rete continua e congiunta, cioè tecnicamente un sincizio, Santiago Ramón y Cajal sosteneva che i neuroni fossero cellule distinte collegate tramite sinapsi. La teoria di Cajal fu successivamente confermata dalla microscopia elettronica, ponendo fine al dibattito. Da allora, l’architettura di ogni sistema nervoso che fosse noto è stata trovata essere quella che Cajal per primo descrisse, con neuroni di diverso tipo i quali contattano specificamente altri neuroni tramite dendriti e assoni più o meno lunghi, connessi dalle sinapsi attraverso cui avviene la trasmissione di un impulso da un neurone a un altro. Oltre 100 anni dopo, tuttavia, una inattesa scoperta ha dimostrato come il modello di rete nervosa ipotizzata da Golgi, dopotutto, esiste in natura: in un lavoro appena pubblicato su Science, si è trovato che in animali marini affini a meduse, attinie e coralli, detti ctenofori, esiste una rete nervosa diffusa, parte del sistema nervoso, che ha proprio la struttura ipotizzata dal medico italiano. Essa è cioè un unico sincizio, con le cellule neuronali direttamente fuse fra di loro, invece che connesse tramite sinapsi.

I neuroni fusi che costituiscono il sincizio sono specifici della rete nervosa diffusa: non si trovano in altre parti del sistema nervoso di uno ctenoforo, sistema che comprende cellule sensoriali e nervi tentacolari. Ora, il comportamento degli ctenofori include attività piuttosto complesse, come la fuga da specie predatorie attraverso la modulazione del nuoto in modo che questo sia più rapido ed erratico e la ricerca di un rifugio fra i coralli, senza contare sofisticati comportamenti alimentari. Abbiamo cioè in questo gruppo di animali pelagici trasparenti, che è evolutivamente basale rispetto alla maggioranza degli altri tipi di animali, comportamenti complessi, controllati da un sistema nervoso che è alieno e strutturalmente diverso, tanto da rendere probabile l’ipotesi che si sia evoluto indipendentemente da quello degli altri animali. Del resto, l’assenza di sinapsi e la fusione in unica struttura sinciziale dei neuroni sono solo l’ultima e più definitiva evidenza di questa differenza: negli ctenofori mancano la maggior parte dei neurotrasmettitori che si osservano negli altri sistemi nervosi, così come mancano o sono inattivi la maggior parte degli enzimi che servono a produrli. Questo, in sostanza, implica che, anche se non sappiamo come, il sistema nervoso alieno che tali animali possiedono non solo ha architettura profondamente diversa, ma funziona trasmettendo stimoli elettrochimici in modo totalmente diverso da quanto sin qui noto.

La rete nervosa golgiana degli ctenofori porta quindi ad una interessantissima osservazione: nella storia della vita animale sul nostro pianeta, si è evoluto almeno due volte un sistema nervoso con la stessa funzione, ma basato su cellule, architetture, chimica e geni coinvolti differenti. Come esistono ali, pinne, occhi e altri sistemi fisiologici che sono emersi più volte come frutto di evoluzione convergente, cioè di un processo di selezione causato dalle stesse forze ed in presenza degli stessi vincoli che ha utilizzato materiali genetici diversi per produrre alla fine adattamenti morfologici simili, così deve essere avvenuto molto presto per i sistemi nervosi: negli ctenofori, la rete neurale che presiede a molti comportamenti si è evoluta da zero, utilizzando un diverso insieme di molecole e geni rispetto a qualsiasi altro animale conosciuto sulla Terra. Non solo: guardando ai dettagli, anche successivamente alla separazione fra ctenofori e tutti gli altri animali dotati di sistema nervoso, si contano per alcuni neuroscienziati come Leonid Moroz da nove a dodici origini evolutive indipendenti del sistema nervoso, di cui almeno una negli cnidari (il gruppo che comprende meduse e anemoni), tre negli echinodermi (il gruppo che comprende stelle marine, gigli di mare, ricci e dollari di sabbia), uno negli artropodi (il gruppo che comprende insetti, ragni e crostacei), uno nei molluschi (il gruppo che comprende vongole, lumache, calamari e polpi), uno nei vertebrati e uno, il più diverso di tutti, negli ctenofori.

La conclusione, anche volendo separare solo gli ctenofori dagli altri, è che esistono più di un modo per creare un neurone e più di un modo per creare un sistema nervoso, a partire da diversi sottoinsiemi di geni, proteine e molecole, attraverso duplicazioni e mutazioni geniche casuali, su cui poi agisce la selezione naturale. La similitudine in ciò che alla fine emerge testimonia la stringenza dei vincoli selettivi e la loro costanza nel tempo in cui si è evoluto l’albero della vita, mentre la varietà del materiale di partenza utilizzato è prova della plasticità della vita stessa. Anche per quel che riguarda il sistema nervoso, l’orologiaio cieco di Dawkins ha assemblato a caso ciò che aveva a disposizione, ma sorprendentemente dal processo sono emerse molti orologi, tutti simili anche se fatti di pezzi diversi: nel caso specifico, questi orologi sono il sistema di controllo e di interazione con l’ambiente esterno che chiamiamo sistema nervoso, di cui noi, rametto darwiniano fra gli ultimi comparsi, andiamo così fieri da autonominarci “sapiens”.