Un gene per capire il nostro linguaggio

Nuove informazioni dal FoxP2

pezzo originalmente pubblicato su Pikaia

Di tutte le caratteristiche che vengono in diversa misura considerate simbolo e prerogativa della nostra specie quella che raccoglie il maggior numero di “adepti” è certamente il lingaggio, e a ragion veduta! si tratta davvero di una delle caratteristiche più importanti che possediamo, e la nostra intera vita sarebbe difficilmente immaginabile senza di esso (per questo le patologie che lo riguardano sono particolarmente difficili da affrontare). Per questo motivo si comprende facilmente il notevole interesse seguito alla scoperta avvenuta nel 2001 di un gene, denominato FOXP2, strettamente correlato ad esso. I responsabili della scoperta, studiando una famiglia che presentava generazione dopo generazione (con distribuzione tipicamente mendeliana, indicante quindi l'azione di un gene solo) uno dei disturbi linguistici più frequenti, lo Specific Language Impairment (in italiano il Deterioramento Linguistico Specifico), riuscirono a individuare in questo gene il “responsabile” della sindrome ereditata. Più precisamente, era il suo malfunzionamento dovuto a una mutazione a causare il deterioramento linguistico, e proprio questo lo rende così importante per lo studio del linguaggio umano.

Ulteriori prove della sua importanza sono venute in tempi più recenti da studi ad ampio spettro sulle differenze tra il nostro genoma e quello degli altri animali. Si è trovato difatti che proprio la regione comprendente il FOXP2 è una di quelle che, altamente conservate negli altri vertebrati compresi gli scimpanzé (gli animali viventi più simili geneticamente a noi), sono mutate notevolmente all'interno della linea filetica ominide. Fino ad ora del gene FOXP2 si sapeva solo che è importante nel permettere i complessi movimenti muscolari che consentono i movimenti della bocca sottesi al linguaggio umano, ma proprio lo studio svolto da un team dell'Università della California capitanato da Daniel Geschwind assieme alla Emory University, da poco pubblicato su Nature, porta nuovi e interessanti dati al riguardo.

Partendo dalla considerazione che c'è una differenza di soli due amminoacidi nella proteina espressa dai geni FOXP2 di umani e scimpanzé, il gruppo di ricerca ha deciso di compiere un'analisi ad ampio raggio del gene, valutandone le complesse interazioni con gli altri geni, per comprendere l'effettiva portata di questa variazione per quanto riguarda la funzionalità del gene. Numerose analisi, sia in vitro che in vivo su porzioni di tessuto cerebrale di uomo e scimpanzé, hanno portato a risultati decisamente interessanti che confermano come le mutazioni occorse nello nostra linea filetica dopo che i nostri antenati si distaccarono da quelli degli scimpanzé abbiano portato notevoli differenze nella funzionalità del gene. Più in particolare FOXP2, in maniera molto diversa in umani e scimpanzé, regola lo sviluppo di certe specifiche aree sia della corteccia cerebrale (più precisamente zone considerate tra quelle responsabili del linguaggio e di altre abilità cognitive) sia dello striato, un area subcorticale del telencefalo coinvolta sia nella cognizione che nella coordinazione dei movimenti. Ancora più interessante è l'altro aspetto dei risultati ottenuti da Geschwind e colleghi: FOXP2 ha un ruolo centrale in una complessa rete di geni, che si regolano a vicenda “accendendosi” e “spegnendosi” nei momenti opportuni. Proprio questi geni, “collaborando” tra loro, sono quindi almeno in parte i responsabili dello sviluppo di uno dei talenti più famosi e celebrati della nostra specie, un talento di cui ora sappiamo molto più.

Riferimenti:

Genevieve Konopka, Jamee M. Bomar, Kellen Winden, Giovanni Coppola, Zophonias O. Jonsson, Fuying Gao, Sophia Peng, Todd M. , James A. Wohlschlegel & Daniel H. Geschwind, “Human-specific transcriptional regulation of CNS development genes by FOXP2” Nature 462, 213-217 (12 November 2009) | doi:10.1038/nature08549

Scimmie e sintassi

Parole da primate

pezzo originalmente pubblicato su Pikaia

Chiedete a un bambino cosa sia lo “scimmiese” e lui non esiterà un secondo a rispondervi che è il linguaggio segreto che le scimmie usano tra di loro e noi non riusciamo a comprendere. Crescendo si impara che il linguaggio è una caratteristica posseduta solo dalla nostra specie, una sorta di confine che ci divide dagli altri animali, ma i recenti risultati ottenuti in Costa d'Avorio potrebbero rendere perlomeno più liquido, meno netto, questo confine. La comunicazione animale difatti è da sempre considerata rigida, in contrasto al flessibile linguaggio umano, e formata da richiami determinati e strettamente associati a stimoli ambientali; anche il celebre lavoro di Cheney e Seyfart sui cercopiteci grigioverdi, le prime scimmie tra le quali si scoprì la presenza in contesto naturale di segnali specifici per singoli predatori (che potevano quindi essere interpretati come frutto di una scelta semantica da parte dell'emittente), è stato perlopiù considerato come un elaborato sistema di reazione “rigida” a stimoli precisi. Il sofisticato sistema di comunicazione scoperto da Karim Ouattara e Alban Lemasson del Ethologie Animale et Humaine research group (CNRS / Université de Rennes 1), in collaborazione con Klaus Zuberbühler dell'Università di St. Andrews tra le scimmie di Campbell in Costa d'Avorio sembra però possedere caratteristiche troppo complesse perché ci si possa accontentare della spiegazione classica; il linguaggio umano, ancora ovviamente unicamente umano, sembra quindi avere dei precursori (o comunque delle versioni ipersemplificate), anche al di fuori del ristretto gruppo formato da noi e dai nostri antenati più prossimi.

In Novembre, con un articolo pubblicato su PlosOne, il team di ricercatori ha esposto per la prima volta il repertorio di sei vocalizzazioni tipiche di questa specie di scimmie arboricole, che probabilmente proprio per questa difficoltà nel contatto visivo data dal loro habitat sono portate alla comunicazione vocale. In particolare sono state analizzate le vocalizzazioni emesse dai maschi di sei gruppi di scimmie di Campbell (all'interno dei quali è presente un solo maschio che vive in posizione periferica), tre dei quali abituati alla presenza dell'uomo. I risultati ottenuti con l'osservazione diretta sono stati poi confermati da esperimenti di stimolazione, con manichini a forma di predatore o con registrazione degli stessi richiami o dei richiami delle scimmie di Diana, una specie che vive a stretto contatto con le scimmie di Campbell.
Questi sei richiami, un numero peraltro già di per sé rilevante, presentano già da soli interessanti indizi di una capacità sintattica, e in particolare due di loro sembrano derivare da altri due tramite un processo di “affissazione”. Come per molte parole delle lingue umane, infatti, i due richiami “krak-oo” (generico disturbo) e “hok-oo” (generico disturbo proveniente dagli alberi) presentano una radice, “krak” e “hok”, che a sua volta ha un significato diverso se usata singolarmente come richiamo (significati peraltro più precisi, rispettivamente “leopardo” e “aquila”); il suffisso “oo” appare quindi come in grado di rendere più generale un richiamo specifico. Le altre due vocalizzazioni in repertorio sono “boom”, usato solo in contesti non-predatori, e “wak-oo”, dall'utilizzo molto simile a “hok-oo” (l'unica differenza sembra essere che questo, a differenza di “hok-oo” non viene mai utilizzato per segnalare la presenza di altri gruppi vicini). Una possibile conferma ulteriore di questa funzione “generalizzatrice” svolta dal suffisso “oo” sembra venire da un ulteriore esperimento svolto dagli stessi ricercatori: facendo ascoltare alle scimmie di Diana, che come già detto condividono spesso l'habitat delle scimmie di Campbell, questi stessi richiami si è scoperto che queste reagiscono al richiamo “specifico” ma non comprendono il richiamo “generalizzato”; non hanno quindi imparato la funzione del suffisso “oo” o non sono in grado di comprendere delle regole sintattiche (come ci si aspetterebbe se queste fossero effettivamente presenti nel repertorio vocale delle scimmie di Campbell).


Un mese dopo il primo articolo gli autori hanno aggiunto nuove informazioni su questo complesso sistema di comunicazione, questa volta su PNAS. Continuando le osservazioni su questa specie di scimmie arboricole, i ricercatori hanno scoperto come raramente i richiami vengano lanciati singolarmente: nella stragrande maggioranza delle volte le sei vocalizzazioni vengono combinate tra loro in lunghe sequenze contenenti in media venticinque di loro. In questa maniera una specie caratterizzata da una scarsa flessibilità vocale (l'uomo è un eccezione nell'ordine dei primati, grazie a un peculiare apparato fonatorio) riesce a veicolare informazioni sorprendentemente complesse rispetto a quelle che ci si attenderebbe, “modulando” un messaggio grazie alla capacità di concatenare più vocalizzazioni in sequenze. Questo studio, che sicuramente non finisce qui ma promette nuovi interessanti sviluppi nei mesi e anni a venire, si inserisce in una serie oramai cospicua di scoperte che hanno modificato la nostra concezione della comunicazione animale: lungi dall'essere un frutto tardivo sbocciato improvvisamente sul ramo umano, alla periferia del cespuglio primate, il linguaggio in senso lato, ovvero la capacità di elaborare segnali complessi, grammaticali e semantici, sembra una caratteristica multiforme e diffusa perlomeno in altri rami dell'ordine dei primati. Se è indubbiamente vero che noi siamo la specie che lo ha sviluppato ai massimi termini, tanto che si fa fatica a paragonare la nostra produzione linguistica al resto della comunicazione animale, pure molte delle sue caratteristiche hanno, a quanto pare, una storia molto più antica della nostra.

Riferimenti:

Karim Ouattara, Alban Lemasson & Klaus Zuberbühler, “Campbell's Monkeys Use Affixation to Alter Call Meaning”, PLoS ONE 4(11): e7808. doi:10.1371/journal.pone.0007808

Karim Ouattara, Alban Lemasson & Klaus Zuberbühler, “Campbell's monkes concatenate vocalizations into context-specific call sequences”, PNAS, Published online before print December 9, 2009, doi:10.1073/pnas.0908118106

Il blog ha ora una mascotte!

Un bellissimo regalo di natale e un ottimo motivo per tornare a Londra entro il prossimo dicembre :)

Gioco di squadra, gioco da iena

ride bene chi lo fa insieme

pezzo originalmente pubblicato su Pikaia

Un branco di iene o lupi è qualcosa più dell'insieme degli individui che lo compongono, poiché è la collaborazione la chiave del loro successo. Non è strano quindi che i carnivori sociali siano particolarmente portati ad aiutarsi a vicenda, in fondo ne va della loro sopravvivenza; tuttavia pochi studi sperimentali erano stati fatti fino ad oggi per valutare l'efficacia di questa loro capacità di collaborazione, principalmente perché i test riguardanti abilità cognitive complesse sono stati riservati perlopiù a specie dotate di un grande cervello e in particolare ai primati. Proprio per questi motivi Christine Drea della Duke University ha deciso di valutare le capacità di alcune iene maculate (Crocuta crocuta) di risolvere dei compiti che richiessero la collaborazione di due esemplari e i risultati di questo studio sono stati pubblicati recentemente su Animal Behaviour.

L'esperimento è stato sottoposto dalla Drea a coppie di esemplari e richiedeva in breve che queste tirassero contemporaneamente una corda ciascuna, compiendo un movimento molto simile a quello che viene fatto in natura dai membri di questa specie per abbattere una preda, ottenendo in cambio una ricompensa in cibo; è da aggiungere che le iene potevano scegliere tra due piattaforme entrambe presentanti due corde (e relativa ricompensa in cibo) disponibili, questo per evitare il più possibile che l'azione simultanea fosse un risultato del caso. Quello che, parole sue, ha lasciato la ricercatrice decisamente a bocca aperta è l'incredibile velocità con cui la prima coppia, e in seguito tutte le altre (in totale sono state esaminate 13 coppie), ha risolto l'esercizio: meno di due minuti, un tempo molto più breve ad esempio di quello che serve a degli scimpanzé per imparare a svolgere compiti comparabili. Dopo pochi tentativi riusciti, inoltre, le iene evitano di tirare la propria corda se l'altra non è in posizione, e sembrano comprendere quindi il ruolo del proprio partner nell'ottenere il cibo. Curiosamente, nel collaborare per risolvere questi esercizi le iene non emettono suono alcuno mentre in natura la caccia cooperativa è scandita da specifici versi che questi animali emettono per comunicare tra loro.

Andando avanti con l'esperimento si è tentato di stabilire se e in che maniera l'aspetto sociale potesse interferire con questo genere di attività. Dapprima sono state semplicemente aggiunte delle iene “spettatrici”, in presenza delle quali si è notato che animali già esperti risolvevano il problema più velocemente. In una fase successiva si è invece cercato di capire in che maniera il tipo di appaiamenti influisce sul risultato, scoprendo innanzitutto che due iene dominanti lavoravano molto male assieme, e in seguito che un esemplare dominante esperto appaiato a un subordinato inesperto modificava a tal punto il suo comportamento da “rinunciare” temporaneamente alla dominanza, seguendo l'altra iena nel risolvere il compito finché quest'ultima non raggiungeva una certa esperienza e solo allora riprendendo il suo ruolo dominante. A quanto pare in questo genere di compiti una iena non può fare a meno di essere influenzata dai rapporti sociali che ha instaurato.

La dottoressa Drea non sostiene però, è bene precisare, che le iene siano più intelligenti degli scimpanzé o che non vi siano differenze tra le due specie ma, e i risultati del suo studio sembrano puntare in questa direzione, che queste siano molto più “adatte” (o adattate) alla collaborazione sociale intraspecifica di quanto non lo siano gli scimpanzé o altre specie di primati.


Riferimenti:
Christine M. Drea, Allisa N. Carter, “Cooperative problem solving in a social carnivore” Animal Behaviour Volume 78, Issue 4, October 2009, Pages 967-977

Amici di lunga data

Dove, come e quando l'uomo inventò il cane

pezzo originalmente pubblicato su Pikaia


Se avete comprato LeScienze del mese scorso (ovvero il numero di Agosto 2009 - n.d.A.) e siete rimasti affascinati dall'articolo che riportava la scoperta della provenienza di uno degli animali più conosciuti e amati, il gatto domestico (che è comparso in Medio Oriente circa 10.000 anni fa), non potrete che accogliere con lo stesso interesse uno studio analogo svolto di recente sull'altro inseparabile compagno dell'uomo, il cane. Labrador, cani lupo, chihuahua e barboncini (così come le altre razze canine) appartengono difatti tutti alla stessa sottospecie, Canis lupus familiaris, della specie a cui appartengono i lupi grigi (Canis lupus), i loro più probabili predecessori; hanno perciò avuto tutti la stessa origine, anche se in seguito sono andati incontro a notevoli diversificazioni soprattutto per l'azione dell'uomo che ne ha selezionati i tratti peculiari nelle diverse linee di discendenza. Dove, quando e in che maniera questo sia avvenuto, però, è rimasto a lungo un mistero e ha dato luogo anche in tempi recenti a lunghi dibattiti in seno alla comunità scientifica.

Lo studio, svolto da membri dell'Istituto Reale di Tecnologia a Stoccolma in collaborazione con un team di ricerca cinese, è l'ideale continuazione di quello pubblicato nel 2002 dallo stesso istituto, dove il genetista Peter Savolainen aveva affermato l'origine unica ed est-asiatica del cane, pur non potendo all'epoca essere più preciso di così. Proprio questo studio era stato di recente messo in discussione da un lavoro di Adam Bokyo e Carlos Gustamante, biologi computazionali presso la Cornell University, che analizzando il genoma di cani africani addomesticati avevano dichiarato di avervi trovato una variabilità genetica paragonabile a quella individuata da Savolainen nel 2002: poiché il cane non è stato sicuramente addomesticato in Africa (dove non sono presenti i lupi grigi), questo risultato sembrava indicare l'inaffidabilità di questo parametro.

Questo nuova ricerca però, pubblicata su Molecular Biology and Evolution, porta una nuova e notevole messe di dati e giunge a conclusioni più precise e sicure. Savolainen e i suo collaboratori cinesi hanno difatti esaminato un piccolo tratto di DNA mitocondriale in più di 1500 cani distribuiti tra Asia, Europa e Africa (alcuni erano razze ben definite, altri semplici cani da lavoro presenti in aree rurali oltre a 40 lupi; inoltre, il gruppo di ricercatori ha anche sequenziato l'interno DNA mitocondriale di 8 lupi e 169 cani rappresentanti lo stesso range di diversità del precedente campione. In questi casi il risultato atteso è una maggiore diversità nel luogo in cui una specie ha avuto origine (dovuto alla maggiore diversificazione alla quale quei primi esemplari sono andati incontro), e in particolare un maggior numero di Haplogruppi, “raggruppamenti” di mtDNA simili: questo particolare punto di massima diversità corrisponde, secondo questi dati, a una regione a sud del fiume Yangtze, in Cina. A ulteriore conferma di questo risultato, man mano che ci si allontana da questa regione le differenze tra il DNA mitocondriale dei vari individui diminuiscono fortemente, ad esempio in Europa sono presenti solo 4 Haplogruppi.

Un altro aspetto interessante messo in luce da questo studio è che il pool genico dal quale hanno avuto origine i primi cani era molto più ampio di quanto ci si aspettasse, segno che l'usanza di addomesticare i lupi era diffusa e ben consolidata tanto che erano svariate centinaia di loro a vivere assieme a quegli antichi cinofili. Come tante altre specie addomesticare dall'uomo anche il cane ha svolto un ruolo importante nella nostra Storia, ed è ormai così strettamente inserito nella nostra vita di tutti i giorni da dare l'impressione che sia sempre stato un nostro compagno di viaggio, un viaggio che però, a quanto pare, è cominciato solo 16.000 anni fa.


Riferimenti:

Jun-Feng Pang, Cornelya Kluetsch, Xiao-Ju Zou, Ai-bing Zhang, Li-Yang Luo, Helen Angleby, Arman Ardalan, Camilla Ekstrom, Anna Skoullermo, Joakim Lundeberg, Shuichi Matsumura, Thomas Leitner, Ya-Ping Zhang, Peter Savolainen. “mtDNA Data Indicates a Single Origin for Dogs South of Yangtze River, less than 16,300 Years Ago, from Numerous Wolves”. Molecular Biology and Evolution, 2009

La Teoria dell'Evoluzione in 2 minuti

via Pharyngula, segnalo una raccolta di video molto belli che spiegano la teoria dell'evoluzione in due minuti, frutto di un concorso indetto dalla rivista Discover Magazine. Sono tutti in inglese, ma data la loro brevità e semplicità non dovreste avere problemi anche se ne avete solo un'infarinatura.

Qui il sito del concorso, il vincitore è "Evolution in 120 seconds", un piccolo gioiellino dal quale vi consiglio di cominciare (ma non dimenticate gli altri!)

Dagli alberi al bipedismo

Scendere o salire?

pezzo originalmente pubblicato su Pikaia

La lenta camminata dello scimmione che alzandosi su due piedi diventa uomo è una delle rappresentazioni più famose e diffuse dell'evoluzione umana, anche se per chi mastica anche solo un poco la teoria darwiniana è decisamente un'eresia: non esiste difatti una direzione nella storia evolutiva, e i nostri antenati non sono “diventati uomini” ma, più prosaicamente, una delle loro linee di discendenza ha accumulato variazioni che hanno portato alla nostra specie e in particolare alla statura eretta. Questa immagine potrebbe inoltre essere sbagliata anche in un altro senso se come sembra sempre più probabile (e l'ipotesi di per sé è antica come la teoria dell'evoluzione stessa) i nostri antenati non camminavano affatto sulle nocche alla maniera di gorilla e scimpanzé.

La diatriba si è finora polarizzata in due fazioni: chi credeva che le somiglianze nella locomozione di scimpanzé e gorilla (le scimmie antropomorfe viventi più vicine filogeneticamente alla nostra specie), entrambi camminatori sulle nocche, fossero un forte indizio della presenza dello stesso comportamento nei nostri ultimi antenati comuni, e chi invece trovava più probabile che sulla nostra linea evolutiva si posizionassero, prima della comparsa di specie adattate a passare buona parte del loro tempo muovendosi su due piedi a terra, solo primati arboricoli. Alcune scoperte, come ad esempio la presenza in Australopithecus afarensis (che però non è un nostro antenato diretto) di caratteristiche degli arti adatte a una vita parzialmente arborea sembravano dare credito a questa seconda visione, mentre alcuni tratti tipicamente considerati adattamenti alla camminata sulle
nocche ritrovati in molti fossili di ominini estinti raccontavano una storia diversa. Proprio questi ultimi tratti però (o almeno una parte consistente di essi) sono stati recentemente riesaminati e reinterpretati da Tracy Kivell del Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology di Leipzig e Daniel Schmitt della Duke University di Durham.

Lo studio, pubblicato di recente su PNAS, mette innanzitutto in evidenza come le locomozioni di scimpanzé e gorilla siano molto meno simili di quanto si pensasse finora. Prendendo in esame il comportamento e le ossa del polso di più di 200 tra scimpanzé, bonobo e gorilla il gruppo di ricerca ha mostrato come le particolari caratteristiche che permettono a scimpanzé e bonobo (sono state trovate rispettivamente nel 96% e nel 76% dei campioni esaminati) di camminare agevolmente sulle nocche siano praticamente assenti nei gorilla (sono state trovate solo nel 6% del campione esaminato). I gorilla devono difatti stendere completamente braccio e polso in quella che Kivell chiama “columnar stance” (ovvero “posizione a colonna”) per diminuire lo stress sulle giunture ed evitare che le dita si pieghino troppo, invece di mantenere il polso flesso come scimpanzé e bonobo che sono dotati di una serie di creste e concavità ossee atte proprio ad evitare questo piegamento eccessivo. Inoltre, non solo la camminata sulle nocche sembra essersi evoluta separatamente e in due maniere diverse nei due generi Pan e Gorilla, ma molte caratteristiche che tra gli scimpanzé e i bonobo servono a rendere più efficiente questo tipo di locomozione si ritrovano tra numerose scimmie arboricole e non tra i gorilla. Da ultimo, i due ricercatori fanno notare come molte di quelle stesse caratteristiche che condividiamo con scimpanzé e gorilla e che si erano sempre pensate come adattamenti alla camminata sulle nocche sono in realtà presenti addirittura in alcune specie di lemuri e quindi sono più probabilmente il residuo di un adattamento alla vita tra gli alberi, piuttosto che al suolo.

Più precisamente, Kivell sostiene che i particolari adattamenti di scimpanzé e bonobo potrebbero essere stati fissati dal processo evolutivo per la necessità di stabilizzare il polso nel passare da un ramo all'altro, un'operazione che richiede una presa salda e sicura. Osservando i resti fossili dei nostri antenati vissuti dopo la divergenza evolutiva col ramo che porterà al genere Pan, la transazione dagli alberi alla savana aperta appare come un processo lungo, che vide un lungo periodo “ibrido” nel quale questi antichi ominini cominciarono a passare sempre più tempo al suolo continuando però ad affidare grossa parte delle proprie chance di sopravvivenza alla protezione offerta dagli alberi: proprio a questo scenario evolutivo sembrerebbe adattarsi perfettamente l'ipotesi “dagli alberi al bipedismo”, che trae nuova forza dallo studio di Kivell e Schmitt. Per quanto questa ipotesi non possa ancora dirsi totalmente provata, e gli stessi autori dello studio si dicono intenzionati a cercare nuove evidenze negli anni a venire, ha probabilmente segnato un punto decisivo in una delle più lunghe diatribe riguardanti l'evoluzione umana.

Riferimenti:

Tracy L. Kivell, Daniel Schmitt, “Independent evolution of knucklewalking in African apes shows that humans did not evolve from a knucklewalking ancestor”, PNAS, Published online before print August 10, 2009, doi: 10.1073/pnas.0901280106