Redi, Pasteur e la generazione

spontanea

 

Maurizio Artoni

 

L’estate scorsa, al ritorno dalle vacanze, trovai la cucina occupata da centinaia di piccole farfalle svolazzanti; avevo dimenticato un po’ di riso integrale: le farfalle venivano certamente da lì.  Confesso che, nell’immediato, pensai ad una spontanea nascita delle farfalle dal riso.  Dovetti ricorrere alle più consolidate nozioni della Biologia per cacciare dalla mente questa idea bizzarra.  Quello della generazione spontanea, non è l’unico caso in cui una comunità scientifica ha interpretato, per un certo tempo, fenomeni naturali sulla base dell’esistenza di sostanze di cui è poi andata affannosamente alla ricerca.  L’aria non è stata a lungo popolata solo dalla "Vis Vitalis" ma anche dal Flogisto, dal Calorico, dall’Etere.  Oggi sembra sufficientemente acquisita la "non esistenza" di queste "entità", ma la nostra convinzione non deriva tanto da una evidente, intrinseca inferiorità delle relative teorie quanto da una accurata e rigorosa ricerca sperimentale e teorica.  Credo che dal punto di vista didattico la generazione spontanea sia "spendibile" in modo efficace in un contesto in cui i contenuti vengono proposti in modo problematico.  Oggi l’argomento è considerato chiuso ma può essere utile per i ragazzi assumere questo problema come esempio di come procede, nel tempo, la conquista della conoscenza.  L’argomento si presta bene ad una trattazione di tipo storico e permette anche una verifica sperimentale di facile realizzazione (per noi che sappiamo già come va a finire).

 

La storia

La nostra storia comincerà con l’esperimento di Redi; faremo poi un salto di due secoli tralasciando la polemica tra Spallanzani e Needham, per arrivare al lavoro di Pasteur.  Francesco Redi (1626-1698), membro dell’Accademia del Cimento, operò a Firenze sotto la protezione del granduca di Toscana.  Redi si proponeva di verificare se "ogni fradiciume di cadavere corrotto, ed ogni sozzura di qualsiasi altra cosa putrefatta, ingenera i vermi e gli produce".  Le sue "Esperienze intorno alla generazione spontanea degl’insetti", pubblicate nel 1668, rappresentano una brillante soluzione del problema.  I fatti sono sufficientemente noti.  Iniziò i suoi esperimenti mettendo in un recipiente aperto una fetta di carne che in pochi giorni fu ricoperta di vermi.  Dopo 19 giorni notò che i vermi cominciavano a diventare immobili e ad avvolgersi in piccole palle dure.  Trasferì le palline in un altro recipiente; dopo 8 giorni, da ogni pallina usciva una mosca.  Era forse questa una conferma della generazione spontanea?  Era necessario approfondire il problema.  L’esperimento conclusivo è importante perché per la prima volta viene introdotto il metodo comparativo mediante l’uso sistematico di campioni di controllo.  Otto flaconi furono riempiti di vari tipi di carne; quattro vennero lasciati all’aria aperta e quattro furono sigillati ermeticamente.  Solo nei flaconi aperti, nei quali le mosche avevano potuto deporre le uova, si formarono larve che dettero origine a nuove mosche.  La carne nei flaconi sigillati divenne anch’essa putrida e si decompose, ma senza produrre alcuna forma di vita visibile ad occhio nudo.

 

Il risultato rappresentava un forte argomento contro la generazione spontanea.  I sostenitori di tale teoria eccepirono però sulla legittimità della conclusione di Redi in quanto, secondo loro, i recipienti chiusi impedivano che la "Vis Vitalis" presente nell'aria venisse a contatto con la carne.  Redi ripeté l’esperimento non chiudendo ermeticamente i flaconi ma coprendoli con una garza; in questo modo la "Vis Vitalis" poteva agire, ma dalla carne non nacque alcun insetto.  Nel 1668, al termine delle sue ricerche, poteva concludere che: -gli insetti adulti che infestano il materiale in putrefazione possiedono ovai o ovidutti contenenti centinaia di uova; -la carne in decomposizione genera "vermi" solo quando vi si posano insetti che vi depongono le uova; -dai "vermi" nascono insetti della stessa specie di quelli che hanno deposto le uova.  In sintesi: "Non invermina adunque animale alcuno che morto sia".  Gli esperimenti di Redi, per quanto importanti da un punto di vista teorico e filosofico, rientravano in un programma di ricerca più vasto: lo studio e la descrizione dei parassiti delle specie animali più diverse: dall’uomo agli uccelli, ai rettili, ai pesci, ai molluschi, con grande attenzione all'interpretazione del loro ciclo vitale.  La sconfitta della generazione spontanea lo obbligava, ma allo stesso tempo lo confortava, nella ricerca di una origine biologica dei parassiti.  Pubblicò i risultati di questi studi nel 1684 in un opera intitolata Osservazioni interne agli animali viventi che si trovano negli animali viventi.  Rimanevano alcuni casi di generazione che non riusciva a spiegare: i vermi intestinali ed altri parassiti, così come la crescita delle galle di quercia.

 

Lo studio di Redi sulla generazione spontanea rappresenta un momento cruciale nella storia della Biologia per il rigore con cui vennero condotti gli esperimenti e per l’audacia con cui venne confutato questo mito di derivazione medioevale sostenuto, all’epoca, anche dalla Chiesa; in un passaggio della Bibbia (Libro dei Giudici, 14) si parla di api nate dalla carogna di un leone.  Alcuni anni dopo, Antony van Leeuwenoeck (1632-1723), un commerciante olandese appassionato naturalista, scopriva i microorganismi grazie ad una lente d’ingrandimento.  Esisteva un universo, fino a quel momento sconosciuto, popolato di "animaletti" ubiquitari e in grado di moltiplicarsi ad un ritmo vertiginoso.  Da dove venivano?  Come si riproducevano?  La scoperta fu comunicata alla Royal Society di Londra con una lettera datata 9/10/1676.  Erano passati otto anni da quando Redi aveva pubblicato il suo studio sulle larve delle mosche e si presentava di nuovo, in modo molto più insidioso, il problema della generazione spontanea.  La scoperta di Leeuwenoeck introduceva infatti una dimensione completamente nuova nella varietà del mondo vivente in quanto sembrava fornire il collegamento a lungo ricercato fra gli organismi visibili e la natura inanimata.  Nell’ambito microscopico le esperienze di Redi non avevano alcuna efficacia: bastava collocare del fieno secco in acqua e dopo alcuni giorni compariva una miriade di organismi microscopici a cui venne dato il nome di infusori.

 

Intorno all’origine degli infusori si sviluppò una delle più celebri dispute scientifiche del ’700: quella fra il prete cattolico inglese John Needham e il prete cattolico italiano Lazzaro Spallanzani.  Tralascerò la descrizione dei loro lavori e dell’aspro dibattito che ne seguì.  La loro opera è importante in quanto introdussero la tecnica della sterilizzazione degli infusi vegetali ed animali per mezzo dell’ebollizione.  Dopo tale polemica il problema sembrava risolto grazie al rigore sperimentale del fisiologo italiano, ma i sostenitori della generazione spontanea obiettavano che la tecnica del riscaldamento delle infusioni alterava le condizioni dell’aria in modo tale da impedire la vita all’interno dei recipienti chiusi.  I risultati ottenuti da Spallanzani erano pertanto ritenuti non conclusivi.  Inoltre le teorie biologiche più avanzate dell’epoca presupponevano l’esistenza della generazione spontanea.  Lamarck (1744-1829) ad esempio, nel 1802 sosteneva che, affinché "i corpi viventi siano effettivamente prodotti di natura, la natura deve aver avuto, e deve ancora possedere, la capacità di produrre alcuni di essi in modo diretto".  (Recherches sur l’organisation des corps vivants).  E nel 1809 scriver à: "La natura ha cominciato, e ricomincia ancora tutti i giorni, col formare i corpi organici più semplici: essa forma direttamente solo questi, e cioè i primi abbozzi di organizzazione, che designiamo con l’espressione di generazioni spontanee".  (Philosophie zoologique).  Un sostegno forte alla generazione spontanea, in questo periodo, veniva anche dai biologi materialisti tedeschi, fra i quali E. Haeckel (1834-1919).

 

Il problema verrà ripreso, nella seconda metà dell’800, da Pasteur (1822-1895).  La produzione di bevande alcoliche, antica di migliaia di anni, era ancora sconosciuta, nel secolo scorso, dal punto di vista scientifico.  Si sapeva che la fermentazione dell’uva poteva prendere una strada imprevista, e allora il vino si trasformava in aceto, (i produttori parlavano di "malattia del vino"), così come il latte poteva inacidire.  Nel 1854 Pasteur viene nominato professore di chimica all’università di Lille.  Siamo nella Francia della prima rivoluzione industriale: scienza e industria stanno individuando terreni comuni di lavoro.  In questo contesto Pasteur comincia ad occuparsi dei problemi legati alle fermentazioni.  I precedenti studi sulla attività ottica di alcune molecole organiche lo avevano portato alla conclusione che tale proprietà fosse legata alla loro origine biologica.  Questa convinzione gli suggerì la possibilità che anche la fermentazione potesse essere il risultato dell’attività di microorganismi altamente specifici presenti nell’aria.  Sulla base di queste considerazioni teoriche, Pasteur si proponeva di scoprire "il segreto e il carattere misterioso di tutte le vere fermentazioni e, probabilmente, quello di molte azioni normali ed anormali nell’organizzazione degli oggetti viventi".  È evidente il disegno di ampio respiro nel quale egli intendeva inquadrare le proprie ricerche.  Pasteur studiò inizialmente la fermentazione lattica.  Le conclusioni, presentate nel 1857, erano che il fermento lattico "è un organismo vivente ... la sua azione sullo zucchero corrisponde al suo sviluppo e organizzazione".  Nello stesso anno, in seguito a questo studio, venne nominato direttore scientifico ed amministrativo della École normale di Parigi.

 

Nel 1859 il naturalista Felix-Archiméde Pouchet (1800-1872), pubblicava una lunga opera dal titolo Hétérogénie ou traité de la géneration spontanée, il cui scopo dichiarato era dimostrare la generazione spontanea sulla base di esperimenti inconfutabili.  Nuovi organismi viventi possono, secondo Pouchet, derivare dalla materia che era stata vivente.  La riproposizione di questo problema spinse l’Académie des Sciences ad istituire nel 1860 un premio per il migliore tentativo "realizzato con esperimenti ben condotti, di gettare nuova luce sulla questione della cosiddetta generazione spontanea ".  Pasteur raccolse la sfida e, munito di un bagaglio di convinzioni consolidate da anni di ricerche assai fruttuose, presentò periodicamente all'Académie una serie di note che descrivevano le osservazioni microscopiche realizzate su campioni d'aria raccolta attraverso un filtro di cotone.  Questi campioni presentavano sempre corpuscoli la cui forma e struttura faceva pensare a microorganismi.  In seguito, similmente a Needham e Spallanzani, iniziò la produzione e lo studio di infusioni rese sterili mediante una prolungata ebollizione in recipienti chiusi.  Il problema consisteva nel verificare se i corpuscoli presenti sui filtri di cotone erano "germi fecondi" dei microorganismi che comparivano nelle infusioni quando venivano lasciate a contatto con l’aria.  A tale scopo Pasteur contaminò gli infusi sterili con un batuffolo di cotone precedentemente riempito di polvere atmosferica.  Dopo alcuni giorni il liquido mostrava una grande presenza di microorganismi.  Le infusioni vennero anche esposte all’aria in luoghi diversi e a diverse altitudini, con risultati differenti: un massimo di microorganismi nel laboratorio di Parigi e un minimo in alta montagna, dove solo una bottiglia su 20 venne contaminata.  Era una conferma che la "generazione" non è il risultato dell’azione dell’aria in sé ma dei germi presenti e variamente disseminati in essa e la cui concentrazione dipende dalla località, dall'altitudine ecc.  Gli esperimenti conclusivi furono legati alle famose bottiglie con il collo di cigno.

 

Il contenuto di queste bottiglie era a contatto con l’aria grazie ad una apertura all’estremità del collo; la "Vis Vitalis", che dobbiamo pensare come un’entità molto "sottile", sarebbe stata certamente in grado di entrare nel tubo ricurvo e di fecondare l’infuso, ma il liquido rimaneva sterile.  Secondo Pasteur, ciò accadeva perché i microorganismi contenuti nella polvere atmosferica si fermavano nell’ansa anziché raggiungere l’infusione.  Nel 1861 Pasteur presentò la memoria sulla generazione spontanea all’Académie des Sciences e vinse il premio.  È interessante un confronto fra le posizioni epistemologiche dei due contendenti.  Pouchet si richiama ad un procedimento strettamente sperimentale, ad un empirismo radicale, attenendosi rigidamente ai fatti.  In questo senso è da considerare un "vero scienziato" nel senso tradizionale e un po’ scolastico del termine.  Pasteur al contrario, è mosso da un antimaterialismo quasi viscerale e da chiare prese di posizione teoriche; si fa guidare dalla teoria nell'organizzazione delle proprie ricerche sperimentali.  Pouchet effettuò numerose misure sull'aria e sulla polvere atmosferica con apparecchi sofisticati, dimostrando come "spore di piante ed uova di infusori " siano "infinitamente rare nell'atmosfera", tanto che nessuna ne era stata trovata in un metro cubo di aria del suo laboratorio.  Lontano dal contesto problematico della nuova microbiologia, Pouchet non considerava nel suo ragionamento la crescita velocissima dei microorganismi e presupponeva la necessità della presenza di un germe per ognuno di quelli presenti nelle infusioni.  Per Pasteur questo punto era invece scontato date le sue ricerche sulla fermentazione e la sua teoria biologica: anche la presenza di una sola spora poteva giustificare lo sviluppo di una grande popolazione di microorganismi.

 

La disputa sulla generazione spontanea terminò per motivi diversi dai dati sperimentali descritti, soprattutto per l’affermazione della teoria cellulare nella forma basata sul principio "Omnis cellula e cellula" e per l’estensione di questa teoria a tutta la biosfera, batteri compresi.  Rimaneva aperto il dibattito sull'origine della vita, conseguenza estrema della teoria dell'evoluzione.  D’altra parte, dai Notebooks di Darwin ricaviamo che già dal 1837 egli si andava convincendo che l'inizio spontaneo della vita dalla materia organica doveva essere stato un evento unico ed irripetibile nella storia della vita sulla terra e in una lettera del 1871 scriverà: "Se (Oh! quale grande se!) potessimo concepire che in qualche piccola pozza calda, ricca di ogni sorta di sali di ammonio, luce, calore, elettricità, si fosse formato chimicamente un composto proteico pronto a sottostare a variazioni ancora più complesse, al giorno d’oggi tale materia sarebbe istantaneamente divorata o assorbita, cosa che non sarebbe successa prima della formazione delle creature viventi".  In altre parole, l’origine non biologica della vita è per Darwin un evento perduto nella notte dei tempi.  La vita è stata originata solo una volta da un sistema non biologico, dopo di che si è andata riproducendo e diversificando autonomamente, nel tempo e nello spazio.  Oggi la vita nasce solo dalla vita.  Alla fine del nostro percorso, possiamo tentare un confronto fra l'opera ed il pensiero di Redi e quello di Pasteur per individuarne analogie e differenze e tentare alcune conclusioni di carattere generale.

 

Ne potrebbe emergere qualche spunto utile dal punto di vista didattico.

1) Entrambi cercano una origine biologica di fenomeni biologici a cui, nel loro tempo, viene attribuita a una causa diversa;

2) fondamentale è, per entrambi, chiarire il ruolo dell'aria e di eventuali agenti in essa presenti; a questo scopo progettano esperimenti nel corso dei quali mettono a confronto gli effetti osservati su substrati di origine biologica isolati dall’aria, rispetto ad altri lasciati all'aria libera;

3) per entrambi gli studiosi, i risultati ottenuti in assenza di aria vengono confutati dagli avversari; per respingere questi attacchi e ribadire la validità delle proprie ricerche, sia Redi che Pasteur escogitano sistemi che mettono in evidenza come la sola aria non sia responsabile della generazione di nuovi organismi: Redi copre il recipiente con una garza, Pasteur inventa le bottiglie a collo di cigno;

4) è diversa la scala sulla quale operano: Redi si occupa dell’origine di organismi macroscopici, gli insetti, Pasteur di microorganismi.  Questo obbliga Pasteur ad introdurre un intervento ulteriore sui preparati: la sterilizzazione.

5) Redi è fra i fondatori della parassitologia; Pasteur è uno dei fondatori della microbiologia; entrambi individuano negli studi sulla generazione spontanea, e nella sua confutazione, uno strumento per fornire un solido supporto sperimentale e teorico alle proprie ricerche scientifiche.

 

In generale tutta la vicenda è un buon esempio di come le scoperte scientifiche siano sottoposte ad una continua "tensione", ad una spirale di verifiche sperimentali, confutazioni, nuove scoperte, smentite delle conclusioni precedenti o loro conferma ad un livello più elevato di attendibilità, e così via.  Emerge anche come, teorie che a noi oggi sembrano parti omogenee del corpus di conoscenze proprio di ogni disciplina, possano essere state in passato in contraddizione fra loro.  Uno strumento fondamentale come il microscopio ha inficiato per un certo tempo gli studi di Redi, mettendone in discussione il forte significato innovativo.  Solo sulla lunga durata lo stesso strumento ha contribuito a confermarne la validità.  Infine, mi sembra interessante notare come una stessa teoria possa venire sostenuta, in contesti culturali e storici diversi, da forze e filosofie del tutto opposte: ai tempi di Redi la generazione spontanea viene sostenuta dalla Chiesa ed opporsi a tale posizione rappresenta certamente un gesto di grande audacia; nell’800 la generazione spontanea è sostenuta dai biologi materialisti e costituisce un fatto necessario a sostegno della teoria dell'evoluzione che la Chiesa, per lungo tempo, respingerà.  Tutto questo conferma, a mio avviso, quanta storia, intesa come vicenda complessiva della vita degli uomini, sia contenuta nella costruzione della conoscenza scientifica.  Mi sembra importante rendere consapevoli i giovani di questa visione non lineare, contraddittoria, dialettica della scienza e della conoscenza in generale.

 

In laboratorio

Il lavoro che viene qui presentato è una riproposizione, ovviamente su scala "didattica" del lavoro di Pasteur; è la versione ridotta di una analoga esperienza contenuta nella guida di laboratorio del manuale Biologia, il punto di vista molecolare, Zanichelli, 1980.  Materiale occorrente -brodo animale o vegetale -3 beute da 250 cm -tappo di gomma adeguato all'imboccatura delle beute -tubo di vetro a collo di cigno e inserito in un tappo simile al precedente -microscopio -microscopio stereoscopico (facoltativo)  Preparare del brodo, di carne o vegetale, e filtrarlo; assumerà un aspetto discretamente limpido; esaminarlo al microscopio ed annotarne le caratteristiche: non si dovrebbero osservare microrganismi.  Disporre 100-150 cm3 di brodo in ciascuna delle tre beute, che verranno disposte come indicato nella figura.

 

La beuta A viene lasciata aperta, la beuta B viene chiusa con un tappo di gomma, alla beuta C viene applicato il tubo a collo di cigno per mezzo del relativo tappo.  Mettere le beute in una pentola a pressione e fare bollire per 15-20 minuti.  Alla fine dell'ebollizione, dopo aver atteso qualche minuto per il raffreddamento, sigillare i tappi delle beute B e C con la cera della candela.  Lasciare riposare per qualche giorno e poi annotare periodicamente i cambiamenti che si verificheranno.  Col passare del tempo, solo la beuta A cambierà aspetto diventando opaca e presentando sulla superficie del brodo una pellicola gelatinosa.  L’osservazione al microscopio del brodo della beuta A rivelerà la presenza di microorganismi.  Le eventuali muffe formate sulla superficie potranno essere agevolmente osservate con un microscopio stereoscopico.  Le beute sigillate resteranno limpide.  Da questo punto, lo sviluppo successivo dell’esperienza sarà legato all'interesse suscitato negli studenti.  Per alcuni sarà sufficiente prendere atto di quanto osservato e, scolasticamente, concludere che "l’esperimento è riuscito e Pasteur aveva ragione"; altri vorranno approfondire il discorso chiedendo di esaminare il brodo delle beute sigillate.  È consigliabile, in questo caso, esaminare quello della beuta B (che non dovrebbe rivelare sorprese, cioè microorganismi) e "salvare" il più a lungo possibile la beuta C, eventualmente fino alla fine dell’anno scolastico o, se possibile, anche per gli anni successivi.  Se l’esperienza è stata condotta in modo corretto, la beuta C dovrebbe conservarsi limpida per lungo tempo.  Nel nostro laboratorio abbiamo una beuta "C" risalente al 1991 il cui contenuto è ancora limpido; ben poca cosa, per altro, rispetto alle bottiglie di Pasteur che risalgono al secolo scorso!

 

Bibliografia

J. Rostand Lazzaro Spallanzani e le origini della biologia sperimentale Einaudi 1963

BSCS Guida di laboratorio Zanichelli 1980

G. Mezzetti La natura e la scienza I vol. La Nuova Italia 1985

A. Rupert Hall La rivoluzione nella scienza 1500-1750 Feltrinelli 1986

AAVV Dizionario della storia della scienza Theoria 1987

Ernst Mayr Storia del pensiero biologico Bollati Boringhieri 1990

A. Desmond, J. Moore Darwin Bollati Boringhieri 1992

 

 

Pubblicato originariamente su Naturalmente, 1995, 8 (1), 16-20.