RAPPORTO LINDAU BIOLOGIA Come funziona il corpo I vincitori di premi Nobel hanno pubblicato 245 articoli su «Scientific American», molti dei quali tradotti su «Le Scienze». Qui presentiamo estratti dalle pubblicazioni del nostro archivio che hanno gettato nuova luce sul funzionamento del corpo. È il nostro tributo agli scienziati che si riuniranno in Germania per il sessantaquattresimo Lindau Nobel Laureate Meeting, dove 600 giovani ricercatori scambieranno risultati e idee con 38 premi Nobel per la fisiologia o la medicina A cura di Ferris Jabr – Illustrazioni di Sam Falconer IN BREVE Questa estate i premi Nobel per la promettenti scienziati sull’isola di pubblichiamo una selezione di Gli estratti riguardano varie parti fisiologia o la medicina Lindau, in Germania. estratti di articoli sulla biologia dal del corpo, tra cui i muscoli, il cervello incontreranno centinaia di giovani Come tributo all’incontro, nostro archivio, firmati da Nobel. e il sistema immunitario. www.lescienze.it Le Scienze 41 RAPPORTO LINDAU Fisiologia di Edgar Douglas Adrian NEUROSCIENZE Pubblicazione: settembre 1950 Premio Nobel: 1932 Scopo della fisiologia è descrivere I meccanismi cerebrali movimento. Si trova così che sia la gli eventi che avvengono della visione cellula gangliare della retina sia la nell’organismo e, nel farlo, aiutare di David H. Hubel e cellula del corpo genicolato hanno incidentalmente il medico. Ma quali Torsten N. Wiesel la migliore risposta a una fonte eventi, e in quali termini dovrebbe NEUPubblicazioneRO su «LeS Scienze»:C IEluminosaNZE più o meno circolare, di descriverli? Al riguardo, nell’ultimo novembre 1979 un certo diametro, e posta in una mezzo secolo c’è stato un Premio Nobel: 1981 certa zona del campo visivo. cambiamento di prospettiva. Oggi La prima delle due trasformazioni c’è un accordo generale sul fatto La corteccia cerebrale è costituita principali effettuate dalla corteccia che sebbene la fisiologia si occupi da una lamina di tessuto nervoso visiva è il riarrangiamento dei processi dei viventi, alla fine spessa due millimetri, fittamente dell’informazione in arrivo in modo deve portare le proprie descrizioni ripiegata sopra gli emisferi cerebrali, che la maggioranza delle sue cellule nella cornice di fisica e chimica. ma in parte anche approfondita rispondano non più a macchie Nel XIX secolo la fisiologia poteva sotto di essi. Nell’articolo vogliamo luminose, ma a segmenti luminosi essere meno ambiziosa. C’era così dare un’idea dello stato attuale orientati in una particolare IMICA IMICA tanto da scoprire sulla struttura delle conoscenze di una particolare direzione. Nella corteccia c’è varietà e le attività a grande scala dei suddivisione della corteccia: la di tipi cellulari, dai più semplici ai diversi organi, anche senza cercare corteccia visiva primaria, la più più complessi per tipo di risposta, e H H di misurarne i cambiamenti semplice delle regioni corticali sembra ci sia una scala gerarchica fisici e chimici: in ogni caso, implicate nella visione. secondo cui le cellule più semplici C C erano disponibili pochi metodi di Il modo migliore di iniziare è riforniscono quelle più complesse. misurazione precisa. Quella prima descrivere la via ottica dalla retina Una cellula tipica risponde solo fase è finita. L’organizzazione alla corteccia in un primate. I quando la luce cade in una zona O O generale dell’organismo è stata segnali in uscita da ciascun occhio particolare del campo visivo. Si I I spiegata, almeno per quanto sono convogliati al cervello da circa ottiene la risposta migliore quando, riguarda le questioni più ovvie. un milione di fibre nervose che nella regione, si illumina una linea B I fisiologi hanno preso in prestito costituiscono il nervo ottico. Queste che ha la corretta inclinazione o, molte nuove tecniche provenienti fibre sono gli assoni delle cellule per qualche cellula, quando è fatta dalle scienze esatte, e il loro gangliari retiniche. Un grosso scorrere attraverso la regione stessa. interesse si sta spostando nella numero di fibre del nervo ottico si L’orientamento più efficace varia direzione della biofisica e della prolunga, senza interruzione, fino da cellula a cellula, ed è definito biochimica. in prossimità di due ammassi di in maniera tanto netta che una cellule nella profondità del cervello sua rotazione in senso orario o chiamate corpi genicolati laterali, antiorario di 10-20 gradi riduce o La ricerca sui muscoli dove formano sinapsi. Le cellule del abolisce la risposta. (Se sembrano di Albert Szent-Györgyi corpo genicolato laterale inviano molti, si ricordi che l’angolo tra BIOCHIMICA Pubblicazione: giugno 1949 a loro volta i propri assoni alla le 12 e le 13 sull’orologio è di 30 Premio Nobel: 1937 corteccia visiva primaria. gradi.) Fin dalla fine degli anni cinquanta Non molto tempo fa si guardava Il muscolo è una macchina, e in la nostra strategia per esaminare ai milioni di neuroni nei vari strati ogni macchina dobbiamo tenere questa via ottica è stata semplice. della corteccia e ci si chiedeva se conto di due elementi. Uno è la Cominciando, diciamo, dalle fibre avremmo mai avuto un’idea sul reazione di produzione di energia, e un rotore. Allo stesso modo, in il bisturi, il microscopio o il simile, la loro struttura, sebbene sia del nervo ottico, registriamo con loro modo di funzionare. Oggi come l’espansione del vapore in un un muscolo dobbiamo cercare la microscopio elettronico. Entrambi specializzata, può rivelare i principi microelettrodi l’attività di una per la corteccia visiva la risposta motore a vapore, il carburante che reazione che produce energia e una i filoni di ricerca sono molto fondamentali dell’architettura singola fibra nervosa e cerchiamo sembra nota, a grandi linee: stimoli brucia in un motore a combustione struttura significativa. interessanti. È lecito aspettarsi biomolecolare. In questa il modo più efficace di influenzare particolari accendono o spengono interna o il flusso di corrente in un La reazione energetica è un che scopriremo che la reazione prospettiva il muscolo smette di la scarica, stimolando la retina con i neuroni; gruppi di neuroni motore elettrico. Queste reazioni cambiamento chimico che energetica fondamentale è identica, essere un problema speciale. Lo una fonte luminosa. Si possono eseguono trasformazioni particolari. elementari possono fare un lavoro avviene tra molecole, e il suo almeno in linea di principio, in studio delle sue funzioni si mescola usare sorgenti luminose di qualsiasi Sembra ragionevole presumere che, utile solo se avvengono in una studio appartiene al regno della tutte le forme viventi. La ricerca sui allo studio della vita, e per questo forma, dimensioni e colore se i segreti di regioni corticali come struttura specifica, sia essa un biochimica. La struttura è dominio muscoli può quindi portarci alle studio il muscolo è un materiale concepibili, fonti luminose su fondo questa sono stati svelati, nel tempo cilindro e un pistone, o una bobina dell’anatomista, che lavora con fondamenta della vita. In modo unico e meraviglioso. scuro o viceversa, stazionarie o in ne seguiranno altre regioni. 42 Le Scienze 551 luglio 2014 www.lescienze.it Le Scienze 43 RAPPORTO LINDAU University, e io abbiamo deciso di trovare i geni che codificano per Apprendimento semplice. Immaginò che le queste molecole. I geni forniscono e individualità: associazioni si potessero formare lo stampo per le proteine, molecole le basi biologiche per attività neurale coincidente: che svolgono le funzioni cellulari. di Eric R. Kandel e «Quando l’assone di una cellula A… Con la tecnica del clonaggio Robert D. Hawkins eccita la cellula B e prende parte genico siamo riusciti a isolare i Pubblicazione su «Le Scienze»: ripetutamente o continuamente geni che codificano per i recettori novembre 1992 alla sua eccitazione, nell’una o olfattivi. Questa famiglia di geni Premio Nobel: 2000 (Kandel) in ambedue le cellule si verifica per i recettori ha rivelato proprietà qualche processo di crescita o adatte al ruolo che svolge nel Oggi è possibile studiare a livello cambiamento metabolico, così che riconoscimento degli odori. cellulare, addirittura molecolare, l’efficacia di A, come cellula che Innanzitutto i geni codificano aspetti elementari dei meccanismi attiva B, è aumentata». Secondo per proteine che ricadono in una importanti per molti tipi di Hebb, l’attività coincidente nei famiglia di recettori, già descritti in apprendimento diversi. Alcune neuroni presinaptici e postsinaptici precedenza, che attraversano sette forme di apprendimento e memoria è fondamentale per il rafforzamento volte la membrana delle cellule richiedono una registrazione della connessione fra di essi (un neuronali. Questi recettori attivano cosciente, e sono definiti meccanismo pre-post associativo). proteine-segnale chiamate proteine «dichiarative» o «esplicite». Le forme Nel 1963 Ladislav Tauc e uno di G. I primi studi su di essi, effettuati che non richiedono partecipazione noi (Kandel), lavorando insieme da Doron Lancet del Weizmann cosciente sono «non dichiarative» o all’Institut Marey di Parigi sul Institute of Science e da Randall R. «implicite». sistema nervoso della chiocciola Reed della Johns Hopkins Medical L’apprendimento esplicito è rapido, marina Aplysia, proposero una School, hanno concluso che anche e può verificarsi anche dopo una seconda regola dell’apprendimento i recettori olfattivi usano proteine sola seduta di addestramento. associativo. Tauc e Kandel G per innescare la cascata di eventi Spesso comporta l’associazione di trovarono che la connessione che conducono alla trasmissione di stimoli simultanei e permette la sinaptica fra due neuroni può essere un impulso elettrico lungo l’assone memorizzazione di informazioni rafforzata anche in assenza di sensoriale olfattivo. Inoltre, i geni relative a un singolo evento che attività della cellula postsinaptica che codificano per i recettori degli si verifica in un istante e in un quando sul neurone presinaptico odori sono attivi solo nei neuroni luogo particolari; perciò dà un agisce un terzo neurone, o neurone olfattivi. Anche se praticamente senso di familiarità rispetto a modulatore, che potenzia il rilascio ogni nostra cellula ha una copia di eventi precedenti.