Per lungo tempo la biologia della riproduzione ha descritto il contributo dei due genitori alla generazione successiva in termini formalmente simmetrici ma funzionalmente asimmetrici. Madre e padre forniscono ciascuno metà del patrimonio genetico, cioè metà della sequenza del Dna che costituisce il genoma dell’embrione. Tuttavia, mentre il contributo materno veniva considerato determinante per l’avvio e la regolazione dello sviluppo, il ruolo paterno veniva interpretato soprattutto come trasmissione della sequenza genetica. Un recente contributo scientifico di una collaborazione fra ricercatori italiani operanti in Italia e in centri internazionali riassume un insieme di evidenze che impongono di riconsiderare questa impostazione, mostrando come lo spermatozoo trasporti informazioni regolatorie capaci di influenzare direttamente lo sviluppo embrionale e la salute delle generazioni successive.

La questione ruota attorno all’epigenetica, cioè all’insieme dei meccanismi che regolano l’attività dei geni senza modificare la sequenza del Dna. Il genoma contiene le istruzioni necessarie alla costruzione dell’organismo, ma il loro utilizzo dipende da sistemi che stabiliscono quali geni devono essere attivati, in quali cellule e in quali momenti dello sviluppo. Questi sistemi regolatori sono costituiti da modificazioni chimiche del Dna, da modificazioni delle proteine che organizzano il Dna e da molecole di Rna che modulano l’espressione genica. Lo spermatozoo contiene diverse forme di questa informazione regolatoria. Una riguarda la metilazione del Dna, una modificazione chimica che consiste nell’aggiunta di gruppi metilici su specifiche basi nucleotidiche. La distribuzione di queste modificazioni influenza l’attività genica ed è sensibile a condizioni metaboliche e ambientali dell’organismo. Alimentazione, obesità, esposizioni a sostanze tossiche e variabili fisiologiche possono modificare questi pattern nello spermatozoo. Un secondo livello riguarda l’organizzazione fisica del Dna. Nelle cellule, il Dna è avvolto attorno a proteine chiamate istoni, che regolano l’accessibilità dei geni. Durante la formazione degli spermatozoi, la maggior parte degli istoni viene sostituita da proteine che consentono una compattazione estremamente intensa del materiale genetico. Una parte degli istoni rimane però associata a regioni genomiche coinvolte nella regolazione dello sviluppo embrionale e conserva modificazioni chimiche che influenzano l’attivazione dei geni nelle prime fasi della vita. Un terzo livello è costituito da molecole di Rna non codificanti presenti nello spermatozoo. L’Rna è una molecola che partecipa alla traduzione dell’informazione genetica e alla regolazione dell’attività genica. Alcune classi di Rna non producono proteine ma modulano direttamente l’espressione dei geni e risultano particolarmente sensibili allo stato metabolico e ambientale dell’organismo.

Un passaggio cruciale riguarda ciò che accade dopo la fecondazione. Le cellule embrionali attraversano una fase in cui gran parte delle modificazioni epigenetiche ereditarie viene rimossa, processo necessario affinché le cellule acquisiscano la capacità di differenziarsi in tutti i tessuti dell’organismo. Le evidenze sperimentali mostrano che questa cancellazione non coinvolge tutte le regioni del genoma. Alcune aree, in particolare quelle associate a geni regolatori dello sviluppo e a sistemi di imprinting parentale, conservano marcatori epigenetici. La persistenza di questi segnali consente la trasmissione di informazioni regolatorie tra generazioni. Le condizioni ambientali e fisiologiche possono influenzare questi meccanismi. Esposizioni a sostanze chimiche persistenti, metalli pesanti e composti derivanti dalla trasformazione industriale degli alimenti sono state associate a modificazioni epigenetiche nello spermatozoo. Anche fattori fisici, come l’aumento della temperatura corporea o ambientale, possono alterare la funzione riproduttiva maschile attraverso modificazioni epigenetiche di geni coinvolti nella fertilità. La sensibilità dello spermatozoo a queste variabili suggerisce che parte delle informazioni biologiche trasmesse alla prole rifletta la storia ambientale e fisiologica del padre. Le implicazioni cliniche emergono direttamente da questo quadro. La salute preconcezionale non può essere interpretata come fenomeno confinato alla fisiologia materna. Le condizioni metaboliche, ambientali e lavorative del padre contribuiscono alla definizione dei fattori che influenzano lo sviluppo embrionale e la salute della prole. L’analisi dell’epigenoma spermatico viene studiata come possibile strumento per comprendere forme di infertilità e per individuare segnali precoci di vulnerabilità biologica nelle generazioni successive. La prevenzione riproduttiva assume quindi una dimensione condivisa tra i due genitori. Il rilievo più ampio riguarda la struttura dei meccanismi ereditari. La sequenza genetica rappresenta solo uno dei livelli attraverso cui l’informazione biologica viene trasmessa tra generazioni. Segnali epigenetici contribuiscono a determinare il modo in cui il patrimonio genetico viene utilizzato durante lo sviluppo. L’ereditarietà include quindi una componente regolatoria che riflette l’interazione tra organismo e ambiente.

L’epigenetica paterna interviene direttamente sulla fitness della prole, cioè sulla capacità degli individui di sopravvivere e riprodursi nel contesto ambientale in cui si sviluppano. I segnali regolatori trasmessi attraverso lo spermatozoo si combinano con quelli di origine materna, generando un assetto informazionale che contribuisce a determinare le traiettorie di sviluppo dell’organismo. Il peso relativo di questi contributi è ancora oggetto di ricerca e può variare in funzione del tratto biologico e del contesto ambientale. La presenza di questi meccanismi modifica il modo in cui si interpreta l’azione della selezione naturale. La selezione non opera esclusivamente sulla variabilità genetica della popolazione, intesa come differenze nella sequenza del Dna. Opera su organismi il cui sviluppo dipende dall’integrazione di più livelli informazionali: la sequenza genetica, la storia dello sviluppo individuale, l’ambiente in cui l’organismo cresce e la memoria parziale delle condizioni ambientali vissute dai genitori e trasmessa attraverso segnali epigenetici. Questo introduce una dimensione intermedia tra mutazione genetica e plasticità individuale. Le condizioni ambientali sperimentate dai genitori possono modulare la regolazione genica della generazione successiva senza modificare la sequenza del Dna. La variabilità fenotipica disponibile per la selezione naturale può quindi essere influenzata non soltanto da mutazioni genetiche, ma anche da modificazioni regolatorie legate all’esperienza biologica delle generazioni precedenti. La linea germinale emerge come un sistema di integrazione tra esperienza biologica individuale e trasmissione ereditaria. Lo spermatozoo conserva tracce molecolari delle condizioni fisiologiche e ambientali vissute dal padre e le trasferisce all’embrione. La riproduzione appare così come un processo in cui la generazione successiva eredita non soltanto sequenze genetiche, ma anche modalità regolatorie che contribuiscono a orientare lo sviluppo e, di conseguenza, le dinamiche evolutive delle popolazioni.