Perché il monossido di carbonio ci danneggia? Una storia evolutiva

La biologia molecolare offre numerosi esempi per illustrare l’evoluzione. Uno dei più interessanti è il ribosoma, la cui struttura racconta l’evoluzione della vita fin dalle sue origini. Spiegare brevemente i complessi dettagli molecolari dell’evoluzione non è semplice, ma esiste un esempio legato a un evento che, purtroppo, si ripete ogni inverno: gli incidenti causati dal cattivo uso dei fornelli e stufe a causa della tossicità del monossido di carbonio per gli esseri umani.

Dall’origine della vita

Quando la vita era agli inizi e l’atmosfera non conteneva ossigeno, alcuni archeobatteri produttrori di metano possedevano già la proteina protoglobina. Oggi possiamo trovarle in ambienti come sistemi idrotermali, acque reflue, alcune miniere, dove formano ecosistemi con altri procarioti che utilizzano minerali per ottenere energia, o nei fondali di laghi e mari, dove contribuiscono alla formazione del metano atmosferico.

Questi archaea utilizzano un antico sistema per utilizzare il monossido di carbonio come fonte di energia e carbonio.

Agli inizi della vita, probabilmente la protoglobina fungeva da sensore per il monossido di carbonio. Questo gas si lega fortemente al gruppo eme presente sia nella protoglobina che nella nostra emoglobina.

Ossigenare i nostri tessuti

Noi possediamo mioglobina ed emoglobina, che ossigenano i nostri tessuti. Queste proteine si sono evolute a partire da quelle globine ancestrali degli archaea, dalle quali abbiamo ereditato molte strutture molecolari, poiché siamo il risultato di una fusione tra archaea e batteri avvenuta circa 2 miliardi di anni fa.

L’evoluzione dell’emoglobina è iniziata circa 600 milioni di anni fa. Ciò ha reso possibile il trasporto di ossigeno dall’ambiente agli organi, favorendo l’evoluzione degli animali. Una conseguenza di questo processo evolutivo è che il monossido di carbonio prodotto dalla combustione di gas naturale, benzina, carbone o legna è molto tossico per noi.

Un ricordo di un lontano antenato

Questa tossicità si deve al fatto che le nostre mioglobina ed emoglobina hanno un’elevata affinità per il monossido di carbonio, proprio come la protoglobina delle archee. Forse si tratta di un ricordo di quel lontano antenato, che viveva in un ambiente privo di ossigeno e si nutriva di monossido di carbonio.

Ciò che è chiaro è che la mioglobina e l’emoglobina non sono il risultato di un “disegno intelligente”, ma di un’evoluzione di qualcosa nato in un ambiente privo di ossigeno, la cui funzione originaria è diventata un problema milioni di anni dopo.

E non è l’unico problema.

La vita senza ossigeno

La vita è nata in un ambiente privo di ossigeno. Quando questo ha iniziato a crescere nell’atmosfera, si è verificata una delle prime grandi estinzioni, nota come la Grande Ossidazione. I sopravvissuti hanno sviluppato adattamenti molecolari per “tamponare” i problemi che sorgevano.

In un ambiente privo di ossigeno, il ferro ridotto della protoglobina era stabile. In un ambiente ricco di ossigeno, il ferro della mioglobina e dell’emoglobina si ossida, il che ha richiesto l’evoluzione di un sistema antiossidante.

Un altro di questi “rattoppi” è una modifica delle nostre globine che riduce leggermente la loro affinità per il monossido di carbonio. Questo cambiamento diminuisce sufficientemente la tossicità del gas, tanto da permettere ai fumatori di ringraziare. Senza questa modifica, gli animali non sopporterebbero neppure il minimo fumo.

Questo esempio illustra una caratteristica fondamentale dell’evoluzione: il mantenimento e l’adattamento di strutture funzionali, non il miglioramento verso un design ottimale.

La mioglobina dei mammiferi e la protoglobina arcaica condividono solo il 13% della sequenza dei loro geni. Questa piccola percentuale permette che le loro strutture e funzioni di base (l’unione di questi gas) si siano preservate, conservando una grande somiglianza strutturale.

Le molecole biologiche ci collegano a tutti gli organismi in un grande albero la cui radice risale all’origine della vita, oltre 4 miliardi di anni fa. E questo è un fatto, non un racconto.

Creazionismo ed evoluzione

Creazionismo ed evoluzionismo non sono concetti regolati dalle stesse leggi. Sono magisteri non sovrapponibili, come spiegò Stephen Jay Gould. Non è una scelta tra due alternative, e un presunto dibattito tra creazionisti e “credenti” nella teoria dell’evoluzione non ha senso.

Perché? Essenzialmente perché l’evoluzione è un fenomeno naturale e, pertanto, osservabile. Su un fenomeno, gli scienziati costruiscono un quadro teorico che spiega le osservazioni e fa previsioni. Questa teoria si aggiorna con la nostra capacità di fare osservazioni ed esperimenti. Ma il fenomeno accade, che noi siamo presenti o meno per osservarlo e costruire ipotesi, modelli o teorie.

Tutte le teorie hanno punti di particolare difficoltà. Nel quadro teorico sull’evoluzione, ad esempio, c’è la questione dell’origine della vita, dove osserviamo che le molecole della vita e le loro antenate seguono anch’esse regole di selezione, adattamento e sopravvivenza che stiamo ancora comprendendo.

Gli scienziati non “credono” nell’evoluzione, così come non “credono” nel punto di ebollizione dell’acqua. Sono fatti che vogliono comprendere e spiegare.

L’evoluzione non è solo osservabile, ma la utilizziamo da secoli a nostro vantaggio. Basta confrontare la lattuga coltivata del supermercato con il suo antenato: l’amara lattuga selvatica. Tutto il processo di domesticazione delle piante e degli animali effettuato dagli esseri umani dovrebbe bastare a constatare che l’evoluzione è un fatto.

Nella vita terrestre, alcune specie hanno esercitato pressioni selettive su altre, condizionandone l’evoluzione in una rete complessa.

Nel dialogo pubblico, il creazionismo è spesso descritto come un Deus Ex Machina per risolvere l’origine della vita o dell’universo. A ciò si unisce talvolta una visione errata dell’evoluzione, cadendo nella trappola teleologica che porta all’intelligenza come massima espressione di un processo di perfezionamento, messo in moto da costanti fisiche accuratamente aggiustate da un “progettista” divino. Tuttavia, l’evoluzione biologica non è un processo di miglioramento diretto verso una destinazione finale. La sua base è la preservazione delle strutture molecolari funzionali, emerse anche attraverso un processo di evoluzione prebiotica e che sostengono la continuità della vita.