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lunedì 17 settembre 2018

L’ANTICHISSIMO RAPPORTO FRA I PRIMATI E L’ETANOLO - Genetica, paleoclimatologia e un’indagine epidemiologica offrono nuovi spunti in aiuto alla riflessione su un argomento con grandi implicazioni socio-culturali e salutistiche

di LUIGI MARIANNI

 


Figura 1 – Ricostruzione del proto-primate Purgatorius unio (Valen & Sloan, 1965). Vissuto 60-70 milioni di anni fa (Cretaceo), aveva un peso di 37 g e una lunghezza di 15 cm esclusa la coda (fonte: http://en.wikipedia.org/wiki/Purgatorius).



L’eredità culturale di Luca Cavalli Sforza

Luca Cavalli Sforza ci ha lasciato alcune settimane orsono alla veneranda età di 96 anni. Tale scomparsa ci priva di un grande scienziato, professore emerito di genetica a Stanford –California e che ha fatto ricerca attiva per oltre sessant'anni. Scientificamente formatosi all’Università di Pavia, nella scuola di genetica creata da Carlo Jucci e Adriano Buzzati-Traverso, ha iniziato da lì una rapida e brillante carriera scientifica che lo ha portato a collaborare e/o a tessere rapporti d’amicizia con grandi biologi e genetisti come John Haldane, Ronald Fisher, Salvador Luria, Max Delbruck, Francis Crick, Jim Watson, Sindney Brenner, Francois Jacob, Rita Levi-Montalcini, Joshua Lederberg e Arthur Kornberg.

La sua curiosità intellettuale l’ha spinto per decenni a collegare in modo originale alla genetica umana altre discipline come la linguistica, l’antropologia, la botanica, la storia dell’agricoltura, l’archeologia, la demografia, la paleontologia e la statistica. Il tutto al fine di dare una spiegazione all’identità genetica e culturale dell’umanità attuale. E’ grazie al filone di studi da lui inaugurato che oggi siamo in grado di spingere lo sguardo indietro nel passato dell’umanità di decine e centinaia di migliaia di anni.

Le riflessioni che svilupperò qui di seguito, tratte da un paio di lavori scientifici che ho di recente letto, rientrano nel filone culturale inaugurato da Luca Cavalli Sforza, alla cui vastissima opera scientifica e divulgativa vogliono costituire un modesto ma sentito omaggio.

Evoluzione culturale umana e genetica
La specie umana nel corso della sua breve storia (Homo sapiens come specie ha grossomodo duecentomila anni) ha sviluppato vari adattamenti manifestatisi attraverso mutazioni con la comparsa di nuovi geni poi selezionati dall’ambiente. In tale categoria rientrano ad esempio i geni selezionatisi dopo la nascita dell’agricoltura, avvenuta 10-12000 anni orsono, e che ad esempio hanno indotto una minore sensibilità alle malattie trasmesse dagli animali domestici come vaiolo e morbillo e hanno reso possibile il consumo di latte da parte degli adulti e il consumo di elevate quantità di amidi (Gluckman et al., 2016). Al paleolitico risalirebbero invece i fenotipi a carnagione più chiara come adattamento agli ambienti delle latitudini medio-alte, caratterizzati da scarsa radiazione solare per lunghi periodi dell’anno. La nostra specie non avrebbe avuto invece fin qui modo di adattarsi al consumo in elevate quantità di zuccheri semplici (glucosio e fruttosio), il che potrebbe spiegare l’obesità, il diabete e l’ipertensione che da tale eccessivo consumo derivano.
Noè viticoltore
Alla nascita dell’agricoltura e alla conseguente ampia disponibilità di prodotti alimentari fermentescibili è stata a lungo associata anche la nascita del consumo di sostanze (bevande in primis) ricche di etanolo. Peraltro a tale conclusione ci porta lo stesso raccolto biblico. Infatti nella Genesi è scritto che Noè, sbarcato dal’Arca sul monte Ararat, divenne viticoltore, produsse il primo vino e si ubriacò.
L’idea del consumo di etanolo come portato della rivoluzione neolitica è stata tuttavia smentita da una ricerca pubblicata nel 2015 nei Proceedings della National Academy of Science (Carrigan et al., 2015) e che si basa su metodi di tipo paleogenetico, che trovo oltremodo interessanti perché consentono di indagare la storia profonda dei rapporti con l’etanolo della nostra specie e dei suoi antenati (primati e ominidi).
La ricerca di Carrigan et al. si è focalizzata sulla deidrogenasi ADH4 (https://ghr.nlm.nih.gov/gene/ADH4), enzima presente nella lingua, nell’esofago e nello stomaco di tutti i primati, ordine la cui comparsa risale a circa 70 milioni di anni orsono. Nei primati l’ADH4 svolge una serie di importanti funzioni fra cui intervenire nella biosintesi del retinolo a partire dai carotenoidi e inattivare il geraniolo, alcol monoterpenoide con effetti antinutrizionali presente in molti vegetali, consentendo così diete erbivore.
Da 10 milioni di anni circa si è tuttavia registrata la comparsa di un ADH4 in grado di detossificare l’alcol etilico trasformandolo in acetaldeide. Il nuovo ADH4 rispetto a quello originale presenta solo una lievissima modifica (un aminoacido rimpiazzato in posizione 294) che si sarebbe selezionata nell’antenato comune da cui sono poi derivati l’uomo e i due primati a noi filogeneticamente più vicini (gorilla e scimpanzé).

Accadde nel Miocene
Per spiegare la comparsa dell’ADH4 attivo anche su etanolo dobbiamo immergerci nel fiume del tempo e sbarcare nel Miocene, era geologica che si estende da 23 a 5 milioni di anni fa.
Gli ominidi del Miocene precoce come il Procounsul o del Miocene medio come il Nocholapithecus erano creature arboricole onnivore che si cibavano di frutti freschi colti sugli alberi e non possedevano l’ADH4 attivo su etanolo. Tali specie si videro loro malgrado coinvolte in un esteso fenomeno di aridificazione che interessò l’Africa Orientale a partire da 16 milioni di anni orsono, in coincidenza con la transizione climatica del medio Miocene (Middle Miocene Climatic Transition - MMCT) e che vide la scomparsa delle grandi foreste e lo sviluppo di foreste rade e grandi savane, in cui i nostri antenati furono costretti a vivere in prevalenza a terra. In tal modo si accentuò di molto il consumo di frutti caduti al suolo, ipermaturi e dunque soggetti a una massiccia fermentazione alcolica degli zuccheri con sviluppo di etanolo. Ciò causava negli ominoidi del tempo gigantesche sbornie con rischi legati non solo alla tossicità diretta dell’etanolo ma anche alla possibilità di perdere in lucidità divenendo così facili prede dei carnivori. Ed è in quell’ambiente ricco di fonti alimentari contaminate dall’etanolo che la selezione naturale avrebbe portato alla selezione del gene mutante responsabile della sintesi di un ADH4 in grado di detossificare l’etanolo.
Il nuovo enzima ADH4 si sarebbe diffuso in ominoidi come il Kenyapiteco (14-16 milioni di anni fa) e nei primi ominidi (Orrorin e Sahelanthropus, 6-7 milioni di anni fa) per giungere poi fino all’uomo, al gorilla e allo scimpanzé. Peraltro la capacità di nutrirsi di sostanze contenenti etanolo potrebbe aver contribuito in modo sostanziale al formarsi di quella nicchia ecologica di savana in cui si sono evoluti alcuni dei caratteri più rilevanti della nostra specie (stazione eretta, uso delle mani, innata diffidenza dovuta alla costante esposizione al rischio di predazione da parte dei carnivori).
In sostanza la comparsa dell’ADH4 in grado di detossificare l’etanolo sarebbe solo uno dei tanti portati dei rilevantissimo cambiamenti climatici ed ecologici del passato, senza i quali la nostra specie non sarebbe oggi presente o avrebbe comunque caratteristiche assai diverse da quelle note.
Peraltro occorre considerare che l’ADH4 agisce sull’etanolo convertendolo in acetaldeide, intermedio tossico responsabile di molti dei sintomi della “sbornia” (mal di testa, nausea, disagio, ecc.) e che a sua volta viene degradato per mezzo dell’enzima Aldeide deidrogenasi (ALDH).
Da non scordare inoltre che alla luce di quanto scritto e di cui sono in larga misura debitore al lavoro di Carrigan et al., l’attrazione dell’uomo per l’etanolo potrebbe in realtà celare una ragione evolutiva profonda in quanto per i primati la presenza di piccole dosi di etanolo coincide da sempre con la presenza di frutti maturi, nettare e linfa elaborata, da sempre fra le loro fonti di cibo fondamentali.
Un minimo di discussione merita inoltre l’associazione con MMCT dell’espansione delle savane alla luce dei risultati del lavoro di Charles-Dominique et al. (2016) in cui gli autori, ragionando su basi paleontologiche e paleobotaniche, cercano di spiegare l’espansione delle savane avvenuta in Africa grossomodo nell’MMCT e cioè in un periodo con bassi livelli di CO2 atmosferici che secondo Ehleringer et al. (1997) avrebbe favorito l’espansione delle specie C4, la cui maggiore sensibilità agli incendi unita a una più elevata appetibilità per gli erbivori avrebbero agito da stimolo all’espansione delle praterie (Bond et al, 2012). Gli autori, pur non negando il ruolo delle C4 nell’espansione delle savane, evidenziano che tale espansione potrebbe essere stata favorita dall’incremento delle pressione degli erbivori sulle praterie, confermata dall’accresciuta presenza di alberi spinosi e di alberi sotterranei nella flora africana e cioè di specie tipiche di ambienti sottoposti a pascolamento molto intenso. Tali aspetti sono sintetizzati nel diagramma in figura 2 da cui si nota fra l’altro che l’espansione della C4 di prateria è documentata introno ai 7 milioni di anni fa e dunque in ritardo di circa 6-8 milioni di anni rispetto all’espansione degli erbivori e delle piante arboree spinose o sotterranee che coincidono invece perfettamente con l’MMCT.
Alcune riflessioni conclusive
Con la genesi dell’agricoltura e la disponibilità di una vasta gamma di sostanze alimentari fermentescibili hanno fatto la loro comparsa le bevande alcoliche (birra, vino, ecc.) e molto più vicino a noi le tecniche di distillazione che hanno consentito di concentrare l’alcol riducendo l’acqua dai valori dell’ordine del 10% delle birre e dei vini a valori inferiori all’80% dei superalcolici, il che ha senza dubbio contribuito ad acuire i problemi di abuso.
Credo che la conoscenza della base genetica che da tempi immemorabili ci consente di consumare l’etanolo può essere utile per un consumo più consapevole delle bevande alcoliche e per affrontare in modo più efficace i problemi legati all’abuso di etanolo. Al riguardo concludo segnalando un articolo recentemente comparso su Lancet e firmato da 120 autori (Wood et al., 2018). In esso sulla base di uno studio epidemiologico riferito a 599912 consumatori di bevande alcoliche si sono evidenziati danni da alcol con riduzione dell'aspettativa di vita al di sopra dei 100 grammi di etanolo per settimana, concludendo che rispetto a coloro che consumano meno di 100 g di etanolo la settimana, coloro che ne consumano 100-200, 200-350 e oltre 350 g all’età di 40 anni hanno una speranza di vita inferiore rispettivamente di 6 mesi, 1–2 anni e 4-5 anni. 100 grammi equivalgono a poco più di un litro di vino, il che significa una vita più lunga ma resa più grama da vincoli e proibizioni.


Figura 2 - Fattori potenzialmente responsabili dell'espansione delle savane. Sono riportate le percentuali di piante erbacee di prateria C4 ricostruite dal δ13C presente nello smalto dei denti di mammiferi erbivori, CO2 atmosferica misurata dalle carote glaciali Antartiche, temperatura globale desunta dai livelli di 18O nei gusci di foraminiferi marini e abbondanza di carbone dai sedimenti marini. Per gli alberi sotterranei, gli alberi spinosi e i bovidi africani le larghezze delle linee sono proporzionali al logaritmo del numero di specie (Charles-Dominique et al., 2016

Bibliografia
Bond W.J., Midgley G.F., 2012. Carbon dioxide and the uneasy interactions of trees and savannah grasses. Philos. Trans. R. Soc. Lon. B Biol. Sci., 367(1588):601–612.
Carrigan etal 2015 Hominids adapted to metabolize ethanol long before human-directed fermentation, PNAS http://www.pnas.org/content/112/2/458
Charles-Dominique et al., 2016. Spiny plants, mammal browsers, and the origin of African savannas, PNAS September 20, 2016. 113 (38) https://doi.org/10.1073/pnas.160749311
Ehleringer J.R., Cerling T.E., Helliker B.R., 1997. C4 photosynthesis, atmospheric CO2 and climate. Oecologia 112(3):285–299.
Gluckman P. et al., 2016. Principles of evolutionary medicine. Oxford University Press.
Powledge P.M., 2018. Delving into our 10 million-year relationship with booze
https://geneticliteracyproject.org/2018/08/17/delving-into-our-10-million-year-relationship-with-booze/?mc_cid=be4fe0fef0&mc_eid=8f7476a844
Wood A.M. et al., 2018. Risk thresholds for alcohol consumption: combined analysis of individual-participant data for 599912 current drinkers in 83 prospective studies,, Vol 391 April 14, 2018, https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(18)30545-2/fulltext
ZME_science, 2017. Our early ancestors first metabolized alcohol 10 million years ago, a find that helps shape primate evolution https://www.zmescience.com/medicine/alcohol-consumption-0643654/

Luigi Mariani 
Docente di Storia dell' Agricoltura Università degli Studi di Milano-Disaa, condirettore del Museo Lombardo di Storia dell'Agricoltura di Sant'Angelo Lodigiano. E' stato anche Docente di Agrometeorologia e Agronomia nello stesso Ateneo e Presidente dell’Associazione Italiana di Agrometeorologia

 

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