Piccole menti, grandi scelte. I neuroni non servono

Nel 1961 un giovane psicologo dell’Università del Michigan, James McConnell, prese alcune planarie vermi piatti lunghi pochi millimetri e le addestrò a contrarsi alla vista di una luce, associandola a una scossa elettrica. Poi le tagliò a pezzetti e le diede in pasto ad altre planarie, non addestrate. Le cannibali, sostenne McConnell, si contraevano alla luce più rapidamente delle planarie di controllo: avevano mangiato il ricordo delle loro vittime insieme alla loro carne. I risultati suscitarono insieme entusiasmo e scetticismo. Alcuni laboratori riferirono di averli replicati, altri non vi riuscirono, e con il tempo le difficoltà metodologiche finirono per screditare l’ipotesi della memoria trasferita per via alimentare.

Sessant’anni dopo, Michael Levin e Tal Shomrat hanno osservato che planarie addestrate, decapitate e lasciate rigenerare mostravano, dopo un breve richiamo, tracce del precedente apprendimento. La nuova testa, priva del cervello originale, recuperava il comportamento appreso più rapidamente di quella degli animali di controllo. Il risultato suggerisce che almeno parte dell’informazione necessaria a ricostituire quel comportamento possa sopravvivere fuori dal cervello originario. Dove e come venga conservata rimane però una questione aperta.

Racconto questa storia perché in ottobre parlerò, al festival Pianeta Terra, di «cognizione minima» la capacità, nelle sue forme più elementari, di usare informazioni provenienti dall’ambiente e dall’esperienza per modificare una risposta futura. Il tema di quest’anno è Forme di intelligenza, e io mi occupo per l’appunto delle sue manifestazioni più umili: quelle che compaiono quando i neuroni sono pochissimi o non esistono affatto.

Tra i casi emblematici c’è quello dello Stentor, un protozoo a forma di piccola tromba che vive ancorato al fondo degli stagni, filtrando il cibo con una corona di ciglia. Herbert Spencer Jennings, uno zoologo americano, lo studiò all’inizio del Novecento irritandolo con polvere di carminio e descrisse qualcosa di sorprendente. Lo Stentor non si allontana subito: prima si piega da un lato, come infastidito; poi inverte il battito delle ciglia, quasi volesse respingere l’intruso; quindi si contrae in una pallina. Solo alla fine, se nulla ha funzionato, si stacca dal substrato e nuota altrove. È una risorsa estrema, presumibilmente la più costosa, perché abbandonare un buon ancoraggio non è una scelta da prendere a cuor leggero, neppure per un organismo formato da una sola cellula. Jennings considerava questi comportamenti qualcosa di molto simile a una decisione. Il suo rivale, il biologo Jacques Loeb, pensava invece che ogni movimento, per quanto elegante, si riducesse a forze fisico-chimiche asimmetriche i tropismi e che «decisione» fosse un lusso retorico di cui la biologia avrebbe dovuto fare a meno.

Nel 1967 due psicologi ripeterono l’esperimento con una specie diversa, Stentor coeruleus, e non ritrovarono la gerarchia descritta da Jennings in Stentor roeseli. Il risultato parve una sentenza definitiva e Jennings sprofondò nell’oblio per mezzo secolo. In seguito Jeremy Gunawardena, biologo dei sistemi, si accorse della differenza tra le specie impiegate. Ripetuto l’esperimento con quella giusta e con strumenti moderni, il repertorio osservato da Jennings è riapparso, anche se non sempre in una sequenza rigida. Gli individui, inoltre, non reagiscono tutti allo stesso modo: alcuni tollerano l’irritazione più a lungo di altri, quasi che ciascuno avesse una propria soglia di pazienza.

E lo Stentor non soltanto sceglie tra risposte diverse: impara. Si abitua a stimoli meccanici ripetuti e smette gradualmente di contrarsi quando questi non si rivelano pericolosi. Gli indizi molecolari più recenti chiamano in causa il calcio, la fosforilazione delle proteine e un meccanismo sensibile agli inibitori della CaMKII, un enzima che nelle sinapsi dei nostri neuroni svolge un ruolo importante nell’apprendimento. Non è ancora una spiegazione completa, ma suggerisce che le cellule nervose abbiano riutilizzato strumenti molecolari antichi, già presenti molto prima della comparsa dei neuroni.

Con le piante il discorso si fa più scivoloso. Uno studio pubblicato su Science ha mostrato che il danneggiamento di una foglia anche da parte di un insetto libera glutammato e innesca un’onda di calcio che raggiunge in pochi minuti foglie lontane, attivandone le difese. Il processo dipende da canali vegetali imparentati con i recettori del glutammato presenti nei nostri neuroni. Su questi fenomeni di segnalazione elettrica e chimica il consenso scientifico è solido.

Ben più friabile è invece il terreno dell’apprendimento nei vegetali. Nel 2014 la biologa Monica Gagliano e i suoi collaboratori riferirono che la Mimosa, lasciata cadere ripetutamente su un supporto di gommapiuma, imparava a non ripiegare più le foglie e conservava l’abitudine per settimane. È stato tuttavia obiettato che le prove non bastavano a distinguere la memoria da spiegazioni alternative, come la stanchezza meccanica. Un successivo esperimento sui piselli, che sarebbero stati capaci di associare un flusso d’aria alla direzione della luce come il cane di Pavlov associava il campanello al cibo, non ha retto a una replica indipendente. La scienza funziona così: verifica le proprie intuizioni, anche quelle più seducenti. Sento già la domanda che, in ottobre, qualcuno mi farà dal pubblico: ma le piante sentono qualcosa? Provano dolore quando le tagliamo? La risposta più onesta è che la cognizione non è la coscienza. Un termostato reagisce alla temperatura in modo perfettamente funzionale senza provare freddo. Una pianta può rilevare segnali, integrarli e rispondere senza che nulla di tutto ciò sia accompagnato da un’esperienza soggettiva, da un «che cosa si prova a essere» quella pianta, per riprendere la celebre domanda che il filosofo Thomas Nagel poneva a proposito dei pipistrelli. Io credo che la coscienza fenomenica richieda un rapporto particolare tra un organismo capace di locomozione e il proprio corpo che reagisce, e che le piante, organismi sessili privi di locomozione autonoma, ne restino probabilmente fuori. Lo dico però con la cautela di chi sa quante volte, in questo campo, l’oblio e la riabilitazione si sono scambiati di posto.

Che cosa ci insegnano le planarie cannibali, il paziente Stentor e le foglie della Mimosa? Che alcune componenti elementari della cognizione non richiedono necessariamente un cervello, ma emergono ogni volta che un organismo deve risolvere problemi: dove andare, che cosa evitare, che cosa vale la pena ricordare. I neuroni sono arrivati tardi nella storia della vita, specializzando un repertorio molecolare che le cellule già possedevano. Il cervello non ha creato dal nulla le capacità di percepire, scegliere e ricordare: ha organizzato e amplificato un patrimonio biologico molto più antico. È una lezione di umiltà, quanto mai opportuna in un festival dedicato alle forme dell’intelligenza.