Tomoko Ohta: La matematica che ha complicato l'evoluzione

Quando Tomoko Ohta si è laureata all'Università di Tokyo all'inizio degli anni '60, meno del tre per cento delle donne giapponesi frequentava un'università quadriennale; ha poi trascorso due anni senza meta in una casa editrice prima che qualcuno le permettesse di avvicinarsi alla matematica e alla biologia in cui si era formata. Due decenni dopo, quella stessa combinazione di competenze le ha permesso di ribaltare una delle idee più ordinate della biologia evolutiva — la nozione che la maggior parte dei cambiamenti genetici siano fortemente selezionati o perfettamente neutri — insistendo sul fatto che la complessa via di mezzo contasse più di quanto chiunque avesse ammesso.

Il percorso improbabile di una ragazza di paese verso Tokyo

Ohta è nata il 7 settembre 1933 a Miyoshi-cho, nella prefettura di Aichi, un piccolo villaggio in un'epoca in cui le opportunità educative per le ragazze giapponesi erano severamente limitate. Le sue spiccate capacità matematiche l'hanno portata all'Università di Tokyo, dove ha conseguito una laurea in orticoltura — le scienze agrarie erano uno dei pochi percorsi scientifici realisticamente aperti a una donna della sua generazione — ma il titolo di studio non si è tradotto facilmente in una carriera di ricerca. Ha trascorso due anni insoddisfacenti presso una casa editrice e poi quattro anni come ricercatrice di citogenetica in un istituto di Yokohama, senza che nessuno dei due incarichi facesse un uso reale della sua doppia formazione in matematica e biologia.

Dalla Carolina del Nord a una discussione quotidiana con Motoo Kimura

La svolta è arrivata nel 1962, quando Ohta si è recata alla North Carolina State University per studiare genetica delle popolazioni con Ken-ichi Kojima. Quella formazione in genetica quantitativa l'ha condotta all'Istituto Nazionale di Genetica in Giappone, dove ha iniziato a lavorare con Motoo Kimura, il genetista delle popolazioni che nel 1968 aveva proposto la teoria neutralista dell'evoluzione molecolare — l'idea che la maggior parte dei cambiamenti evolutivi a livello molecolare non siano guidati dalla selezione naturale, ma dalla fissazione casuale di mutazioni funzionalmente neutre. Ohta ha descritto il suo rapporto di lavoro con Kimura, che allora era una figura imponente e talvolta intimidatoria nel settore, in termini insolitamente diretti: "Discutevamo ogni giorno, se non litigavamo. Quelle discussioni con lui mi hanno insegnato così tanto". Dove i colleghi trovavano Kimura scoraggiante, Ohta lo percepiva come un sostegno, e i loro disaccordi quotidiani sono diventati il motore del suo lavoro teorico piuttosto che un ostacolo.

La teoria quasi neutra

Nel 1973, Ohta aveva formalizzato quella che divenne nota come teoria quasi neutra dell'evoluzione molecolare, un raffinamento diretto del modello di Kimura. Mentre la teoria neutralista rigorosa trattava le mutazioni come selezionate a favore, contro o del tutto neutre, Ohta ha sostenuto che una vasta classe di mutazioni fosse "quasi neutra" — molto lievemente deleteria o molto lievemente vantaggiosa, con effetti troppo piccoli affinché la selezione agisse in modo decisivo in piccole popolazioni, ma non così piccoli da comportarsi come veramente neutri in quelle grandi. Questo singolo aggiustamento spiegava un enigma che la teoria neutralista rigorosa non poteva risolvere: perché il tasso di evoluzione molecolare differisce sistematicamente tra specie con dimensioni di popolazione e lunghezze di generazione molto diverse, dato che in una piccola popolazione la selezione debole è effettivamente sopraffatta dalla deriva genetica casuale, mentre in una grande non lo è. È arrivata a questa intuizione combinando dati biochimici pratici sulla variazione proteica con la matematica formale della genetica delle popolazioni, piuttosto che lavorando solo sulla base della pura teoria.

Decenni di sottovalutazione

Ohta è entrata formalmente nell'Istituto Nazionale di Genetica nel 1969 ed è rimasta lì per ventisette anni, fino al suo pensionamento nel 1996. Per gran parte della sua carriera, la sua teoria è rimasta nell'ombra del modello neutro di Kimura, più famoso e semplice, e secondo il suo stesso racconto in memorie successive, ha trovato l'esperienza professionale frustrante: "I miei sforzi sembrano infiniti", ha scritto, riflettendo sugli anni in cui il suo raffinamento della teoria dominante è rimasto sottovalutato. La rivendicazione è arrivata da una direzione inaspettata: l'esplosione dei dati di sequenziamento del genoma negli anni '90 e 2000, che ha permesso ai ricercatori di misurare direttamente i modelli di selezione debole che la matematica di Ohta aveva previsto, e che hanno sostenuto sempre più il modello quasi neutro rispetto a quello neutro rigoroso che aveva rivisto.

Riconoscimento, tardivo e duraturo

Gli onori si sono accumulati man mano che il potere predittivo della sua teoria diventava evidente. È diventata la prima vincitrice del Premio Saruhashi, istituito per riconoscere le donne scienziate eccezionali in Giappone, ha vinto un Premio dell'Accademia del Giappone ed è stata nominata la prima donna scienziata giapponese eletta membro straniero dell'American Academy of Arts and Sciences. Nel 2015, il Giappone le ha conferito l'Ordine della Cultura, una delle massime onorificenze del paese per i risultati intellettuali e artistici. Anche dopo il pensionamento ha continuato a visitare regolarmente l'Istituto Nazionale di Genetica e a perseguire nuovi interessi, tra cui la regolazione dell'espressione genica.

Perché Tomoko è chiamata genio

La pretesa di genialità di Ohta risiede in un tipo specifico di coraggio matematico: ha osservato una teoria ampiamente accettata ed elegantemente semplice proposta dalla figura più potente del suo campo e, invece di sottomettervisi, ha discusso quotidianamente con lui finché non ha identificato con precisione dove la sua ipotesi semplificatrice falliva. L'intuizione in sé è sottile — il destino di una mutazione dipende dalla relazione tra il suo effetto selettivo e la dimensione della popolazione in cui si verifica, in modo che "quasi neutra" non sia una proprietà fissa di una mutazione, ma una soglia mobile — e tale sottigliezza, espressa in matematica applicabile piuttosto che in vaghe sfumature, è il marchio distintivo della vera originalità teorica piuttosto che una mera aggiunta di avvertenze. Il fatto che il suo modello sia rimasto sottovalutato per due decenni prima che i dati genomici lo raggiungessero è di per sé prova che stava ragionando in anticipo rispetto a quanto le prove disponibili all'epoca potessero ancora confermare. Il contro-argomento onesto è che la sua teoria è esplicitamente un raffinamento di quella di Kimura, non un paradigma rivale costruito da zero, e lei ha sempre attribuito i loro litigi quotidiani come fonte del suo pensiero piuttosto che rivendicare un'originalità solitaria; la genialità qui appare meno come un lampo solitario di intuizione che come la disciplina di continuare a discutere con un gigante finché il modello non è diventato più preciso.

Eredità

Un tempo trattato come una nota a piè di pagina della teoria neutra di Kimura, il modello quasi neutro di Ohta è ora considerato da molti genetisti delle popolazioni come la descrizione empiricamente più accurata dell'evoluzione molecolare, in particolare per spiegare perché specie strettamente correlate con dimensioni di popolazione molto diverse evolvono a tassi molecolari differenti. La sua carriera rappresenta un traguardo scientifico e sociale: una donna che si è fatta strada a forza in un campo che non le offriva quasi nessun punto di ingresso evidente, e che ha poi trascorso decenni a correggere pazientemente la teoria dominante del suo stesso mentore finché i dati non le hanno dato ragione.