Gli organismi modello - Note di storia e di attualità

di Luigi Mariani

Figura 1 – Foto presa al VI Congresso di Genetica di Ithaca, USA (1932) (Janick, 2015).Da sinistra Vavilov, Morgan e  N.V. Timofeyev-Ressovsky. Vavilov fu arrestato per aver sostenuto la genetica mendeliana contro l'ideologia lamarkiana di Lisenko e morì in carcere a Saratov nel gennaio 1943; Timofeyev-Ressovsky nel 1945 fu in cella alla Lubianka di Mosca con Alexandr Solzenicyn che ne parla nel suo capolavoro Arcipelago Gulag, fonte documentale importantissima sulle aberrazioni del sistema carcerario e concentrazionario sovietico.

Quella del biologo statunitense Thomas Hunt Morgan (1866-1945), che in figura 1 vediamo in compagnia del grande e sfortunato genetista russo NicolajVavilov (1887-1943), è una figura di spicco della ricerca biologica della prima metà del XX secolo.

Morgan era inizialmente su posizioni critiche nei confronti del mendelismo e ciò in base ai risultati pubblicati nel 1900 da Hugo de Vries (1848-1935) su Oenothera lamarckiana e che deponevano a favore dell'esistenza di mutazioni incompatibili con le leggi di Mendel. Nel 1910 tuttavia Morgan iniziò una serie di esperimenti di irradiazione sul moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) per verificare le ipotesi di de Vries sugli animali e, dopo la scoperta di una mutazione relativa al colore dell'occhio di uno dei suoi moscerini, operò una serie di incroci i cui risultati, incompatibili con la teoria di de Vries, poterono essere spiegati solo con le leggi di Mendel. Superate le precedenti perplessità sul carattere ipotetico dei "fattori" mendeliani e sul rapporto tra questi ultimi e la funzione dei cromosomi, accettò il concetto di gene e condusse una serie di esperimenti che fornirono prove convincenti sulla disposizione lineare dei geni lungo i cromosomi (voce Thomas Hunt Morgan in Enciclopedia Treccani - qui).

Pur essendo trascorso oltre un secolo da quando de Vries e Morgan lavoravano su Oenothera lamarckiana e Drosophila melanogaster, l’interesse per l’uso degli organismi modello non è mai scemato ed anzi si è esteso a sempre più vasti settori della biologia vegetale ed animale. Ad esempio in figura 2 sono descritti i trend dei finanziamenti erogati negli ultimi 8 anni dall’importantissimo ente di ricerca statunitense National Institutes of Health (NIH) con riferimento ai principali organismi modello.

Figura 2 – percentuale dei finanziamenti dell’NIH erogati a ricerche svolte con  animali modello (fonte: www.nature.com/news). Si noti il costante incremento dei fondi assegnati a studi relativi al pesce zebra (Danio rerio).

Per organismi modello si intendono specie atte a fungere da esempio per gruppi molto ampi di specie, il che può verificarsi in quanto tutte le specie viventi si sono evolute grazie ad un processo filogenetico che le porta nel passato a convergere verso un numero limitato di progenitori con caratteristiche relativamente omogenee. 
Pertanto condurre la ricerca di base su organismi modello aiuta i ricercatori a meglio comprendere ad esempio il funzionamento degli organismi animali e vegetali a livello di organi, tessuti, cellule o molecole ovvero la genesi e la diffusione di malattie.

Si noti inoltre che le specie modello sono state adottate in quanto i ricercatori possono mantenerle, riprodurle e studiarle con facilità in laboratorio e ciò in virtù del fatto di essere ampiamente note a livello genetico, fisiologico e morfologico, di presentare tempi relativamente ridotti di crescita e moltiplicazione e di essere poco costose e facilmente accessibili.

Come documentato da Camille Alleyne (2013) nel blog della Nasa, i ricercatori della Stazione Spaziale Internazionale che conducono studi di biologia vegetale e animale preferiscono spesso ricorrere a organismi modello per aumentare la conoscenza di processi biologici fondamentali già abbondantemente studiati a terra. Ad esempio i ricercatori usano organismi modello per studiare come la microgravità caratteristica della stazione spaziale influisce su crescita, sviluppo e processi fisiologici, ivi compreso l’invecchiamento. La pianta superiore Arabidopsis thaliana, Il nematode Caenorhabditis elegans (anche in relazione alle infezioni di Salmonella, cui va più soggetto in microgravità) il lievito Candida albicans (un patogeno opportunista presente allo stato latente in circa tre persone su quattro e che in particolari condizioni può divenire attivo), il pesce Oryzias latipes, il moscerino della frutta Drosophila melanogaster o il topolino domestico Mus musculus sono gli esseri viventi per i quali sono in atto sperimentazioni sulla Stazione Spaziale Internazionale.

Più di recente Julianna LeMieux (2016) sul sito American council for science and health ha posto in evidenza che i risultati di ricerche condotte sul pesce zebra (Danio rerio), uno dei pesci fra i più utilizzati come organismo modello (si veda la figura 1) possono essere inficiati da infezioni del parassita Pseudoloma neurophilia, come riporta uno studio recentemente apparso su Behavioural Brain Research (Spagnoli, 2015).

Bibliografia

Alleyne C., 2013. A Lab Aloft (International Space Station Research), https://blogs.nasa.gov/ISS_Science_Blog/2013/11/13/model-organisms-shining-examples-for-simple-effective-biology-research/

LeMieux J., 2016. Zebrafish Research On The Rise, But Infections Call Data Into Question, http://acsh.org/news/2016/08/17/zebrafish-research-on-the-rise-but-an-infection-calls-some-into-question/

Spagnoli S. et al., 2015. The common neural parasite Pseudoloma neurophilia is associated with altered startle response habituation in adult zebrafish (Danio rerio): Implications for the zebrafish as a model organism Behav Brain Res., Volume 291, 15, Pages 351–360

Janick J. 2015. Nikolai Ivanovich Vavilov - Plant Geographer Geneticist Martyr of Science Hortscience, Vol. 50(6) June 2015 (https://hort.purdue.edu/newcrop/pdfs/772.full.pdf)

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.