l'anomalia del gene HAR1: Human accelerated region

Esiste un altro frammento del tuo DNA che è rimasto quasi perfettamente immobile per milioni di anni.

Attraversò la comparsa dei primi mammiferi senza cambiare. Passò indenne attraverso migliaia di generazioni di primati, identico a se stesso, protetto da un meccanismo di conservazione genetica così rigido che i biologi lo classificano tra le sequenze più stabili mai osservate nel genoma dei vertebrati.

Poi, in una finestra temporale recentissima su scala evolutiva, qualcosa lo ha sbloccato. E ha cominciato a cambiare più velocemente di qualunque altra regione conosciuta del genoma umano.

Si chiama HAR1, Human Accelerated Region 1, la prima e più clamorosa delle cosiddette regioni umane accelerate. E la sua storia, documentata su Nature nel 2006, è una delle pagine più sottovalutate dell'intera genetica moderna.

Una Scoperta Nata da un Confronto

Lo studio che portò alla luce HAR1 fu pubblicato nell'agosto del 2006 su Nature da un gruppo guidato da Katherine Pollard, in collaborazione con David Haussler dell'Università della California a Santa Cruz. L'obiettivo della ricerca era semplice da enunciare e complesso da realizzare: confrontare l'intero genoma umano con quello dello scimpanzé e identificare, tra i milioni di basi condivise, le regioni che si erano modificate più rapidamente proprio nella nostra linea evolutiva.

Il metodo era elegante. I ricercatori cercarono sequenze genetiche che fossero rimaste quasi identiche in specie molto distanti tra loro, dai roditori ai primati non umani, segno di un vincolo evolutivo fortissimo che impedisce quasi ogni mutazione perché qualunque cambiamento risulterebbe dannoso. Poi controllarono se, proprio in quelle stesse regioni, la linea umana avesse accumulato mutazioni in quantità anomala rispetto a quanto atteso.

Il risultato in cima alla lista, il cambiamento più drammatico di tutti quelli registrati nel confronto tra il genoma umano e quello dello scimpanzé, fu una sequenza lunga appena 118 paia di basi. La chiamarono HAR1.

Il dato che rende HAR1 diverso da una qualsiasi mutazione casuale è la sua storia pregressa.

Gli studi successivi hanno stabilito che questa sequenza è conservata negli amnioti, il grande gruppo che include rettili, uccelli e mammiferi, fino a rintracciarne versioni riconoscibili persino nel pollo. Questo significa che la regione era già presente, e già sostanzialmente immobile, in un antenato comune vissuto tra i trecentodieci e i quattrocento milioni di anni fa.

Per fare un confronto concreto: tra il pollo e lo scimpanzé, separati da centinaia di milioni di anni di evoluzione indipendente, questa sequenza accumulò appena due differenze. Due mutazioni in oltre trecento milioni di anni di storia evolutiva separata, un livello di conservazione che nella genetica indica un vincolo funzionale pressoché assoluto: qualunque essere vivente possedesse una versione alterata di questa sequenza aveva, quasi certamente, uno svantaggio evolutivo così grave da essere eliminato dalla selezione naturale.

Poi arriva la linea umana. E in quella stessa regione, rimasta quasi intoccabile per trecento milioni di anni, si accumulano diciotto sostituzioni specifiche, fissate stabilmente nel nostro genoma. Il calcolo degli autori dello studio colloca questo evento circa un milione di anni fa.

Diciotto cambiamenti dove per trecento milioni di anni ne erano bastati due. Non è un'accelerazione. È una rottura del pattern.

Cosa Fa Realmente Questa Sequenza

HAR1 non produce una proteina. Fa parte di una coppia di geni che producono RNA, chiamati HAR1F e HAR1R, disposti sui due filamenti opposti del DNA nello stesso punto del cromosoma 20, in una configurazione chiamata antisenso che di per sé è già poco comune.

Il gene HAR1F, quello meglio studiato, viene attivato specificamente in un tipo particolare di neuroni chiamati cellule di Cajal-Retzius, e lo fa in una finestra di tempo precisissima dello sviluppo umano: tra la settima e la diciannovesima settimana di gestazione. Questo è esattamente il periodo in cui il cervello umano organizza la propria corteccia, decidendo come i neuroni debbano posizionarsi e migrare per formare la caratteristica struttura a sei strati che distingue il cervello umano da quello di ogni altro mammifero.

Lo studio del 2006 documenta inoltre che HAR1F viene espresso insieme alla reelina, una proteina che gli stessi autori definiscono di importanza fondamentale nello specificare la corretta stratificazione della corteccia umana. Senza una corretta migrazione neuronale guidata dalla reelina, la corteccia cerebrale non si organizza correttamente, con conseguenze che nell'uomo moderno sono associate a gravi anomalie dello sviluppo neurologico.

In sintesi: la sequenza più drammaticamente accelerata dell'intero genoma umano si attiva esattamente nella finestra temporale e nel tipo cellulare che costruiscono l'architettura a strati del nostro cervello.

Una Struttura Nuova, Non Solo un Testo Diverso

C'è un livello ulteriore di analisi che rende il caso di HAR1 ancora più interessante, e che riguarda non solo la sequenza in sé ma la forma tridimensionale della molecola di RNA che essa produce.

Gli autori dello studio originale, approfonditi poi da ricerche successive, hanno modellato la struttura secondaria dell'RNA prodotto da HAR1F, cioè il modo in cui la molecola si ripiega su se stessa. Hanno scoperto che le diciotto mutazioni umane non sono distribuite a caso lungo la sequenza, ma sono concentrate in punti che modificano concretamente la forma tridimensionale della molecola, producendo una struttura a elica-ansa-elica diversa da quella presente nello scimpanzé.

Questo dettaglio tecnico ha un'implicazione enorme se lo si comprende nella sua sostanza. Non stiamo parlando di un errore di trascrizione ininfluente, di un cambiamento neutro che non produce alcun effetto funzionale. Stiamo parlando di una modifica mirata che altera la forma fisica della molecola, e quindi, con ogni probabilità, il modo in cui quella molecola interagisce con il resto del macchinario cellulare.

Diciotto mutazioni, concentrate proprio dove servono per cambiare la forma della molecola, dopo trecento milioni di anni di immobilità quasi totale, esattamente nel gene che organizza l'architettura del cervello umano.

Cosa Dice la Scienza Ufficiale

L'interpretazione standard è che HAR1 rappresenti un caso di selezione positiva estremamente forte, cioè un segmento di DNA in cui le mutazioni, anziché essere eliminate come dannose, sono state attivamente favorite dalla selezione naturale perché conferivano un vantaggio. La velocità del cambiamento indicherebbe una pressione selettiva fuori dal comune, concentrata su una capacità che ha dato ai nostri antenati un beneficio evolutivo enorme: un cervello meglio organizzato, più efficiente, più connesso.

È una spiegazione scientificamente valida e ampiamente accettata nella comunità dei genetisti evoluzionisti. Il meccanismo proposto, la selezione positiva su una regione regolatrice legata allo sviluppo neurale, è coerente con il resto di ciò che sappiamo sull'evoluzione del cervello umano.

Quello che questa spiegazione descrive con precisione è il come. Quello che lascia aperto, semplicemente perché non è il suo compito rispondervi, è il perché quella pressione selettiva si sia manifestata con una intensità e in una finestra temporale così specifiche, dopo un periodo di conservazione lungo quanto l'intera storia dei vertebrati terrestri.

La Domanda che Resta

Chi segue questo spazio conosce già la direzione di questo ragionamento, e sa che qui i dati vengono presentati per quello che sono, senza travestirli da certezze che non possiedono.

Le tradizioni più antiche dell'umanità raccontano, con una costanza che attraversa culture lontanissime tra loro, la stessa idea di fondo: che l'intelligenza umana, la capacità di comprendere, di parlare, di organizzare il pensiero in modo strutturato, non sia il semplice risultato di un accumulo lento e casuale, ma il prodotto di un intervento puntuale, concentrato, mirato.

Nulla, nei dati su HAR1, dimostra che questo sia accaduto per intervento esterno. Ma il quadro che la genetica stessa ci consegna è oggettivamente questo: una sequenza tenuta immobile per trecento milioni di anni da un vincolo evolutivo pressoché assoluto, che si sblocca improvvisamente, accumula il cambiamento più drammatico mai registrato in tutto il genoma umano, produce una struttura molecolare fisicamente diversa, e lo fa esattamente nel punto e nel momento in cui il cervello umano costruisce la propria architettura definitiva.

Se l'evoluzione lenta e cieca fosse l'unica forza in gioco, ci si aspetterebbe che una sequenza così rigidamente conservata per centinaia di milioni di anni continuasse a esserlo. Invece, proprio quando compare la nostra specie, quella sequenza si comporta come se qualcosa le avesse tolto il freno.

Conclusione

HAR1 non prova l'esistenza di un intervento esterno sull'evoluzione umana, ed è importante ripeterlo con la stessa chiarezza usata per il miR-941.

Ma è un dato pubblicato su Nature, verificato e confermato da studi successivi, che una delle sequenze più stabili dell'intero genoma dei vertebrati abbia smesso di esserlo esattamente nella specie che sviluppa il linguaggio, l'astrazione, la coscienza di sé.

La biologia lo chiama selezione positiva accelerata.

Le tradizioni antiche, di fronte allo stesso genere di salto improvviso nella storia dell'uomo, parlavano di un dono ricevuto.

Anche questa volta, prima di scegliere quale versione preferire, vale la pena notare che entrambe stanno guardando lo stesso identico frammento di DNA.

Fonti

Pollard K.S., Salama S.R., Lambert N., Lambot M.A., Coppens S., Pedersen J.S., Katzman S., King B., Onodera C., Siepel A., Kern A.D., Dehay C., Igel H., Ares M. Jr, Vanderhaeghen P., Haussler D., An RNA gene expressed during cortical development evolved rapidly in humans, Nature, volume 443, pagine 167-172, 2006, DOI 10.1038/nature05113

Studio indicizzato su PubMed con identificativo PMID 16915236

Per la classificazione e il contesto più ampio delle Human Accelerated Regions, si veda Human Accelerated Regions and Other Human-Specific Sequence Variations in the Context of Evolution and Their Relevance for Brain Development, Genome Biology and Evolution, 2018

Center for Academic Research and Training in Anthropogeny, Università della California San Diego, voce enciclopedica su HAR1