TUTTO VA COME SE. Redi. Mendel Morgan. Needham. Pasteur. Spallanzani

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Renato Dini
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1 TUTTO VA COME SE Pasteur ( ) confutatore della teoria della generazione spontanea e Morgan ( ) padre della genetica moderna. Attraverso due secoli di storia vogliamo esemplificare un metodo di conoscenza proprio delle scienze empiriche: il ragionamento induttivo. L induzione parte da premesse ripetute che portano a una conclusione probabile. È il metodo utilizzato nelle osservazioni scientifiche dai biologi: Redi, Needham, Pasteur e Spallanzani, Mendel e Morgan. Proprio perché la conclusione è probabile, le scoperte a cui porta questo metodo sono certe solo fino a che non vengano smentite; man mano che si acquisiscono dati ci si avvicina maggiormente alla verità. Redi Spallanzani Needham Pasteur Mendel Morgan 1

L induzione parte da premesse ripetute che portano a una conclusione probabile.

2 FRANCESCO REDI Da sempre ci si è posti il problema di come conservare un alimento e sin dall'inizio si è capito si sarebbe potuto utilizzare il "freddo", sfruttando le risorse naturali come neve e ghiaccio. La conservazione del cibo consiste nell'evitare le alterazioni degli alimenti nel tempo. Gli alimenti freschi lasciati all'aperto ed esposti a umidità possono andare incontro a svariate trasformazioni causate da muffe, batteri, insetti, etc. Sin dai tempi di Aristotele ( come nel mito di Euridice ed Aristeo) si riteneva che alcuni esseri viventi ad esempio vermi, scarafaggi, rane e salamandre, potessero generarsi spontaneamente dalla polvere o dal fango. Nel XVII secolo Francesco Redi eseguì un famoso esperimento: collocò della carne avariata in una serie di barattoli, alcuni chiusi da un coperchio, altri coperti da una garza ed altri aperti, e provò che le larve nascevano solo dove le mosche avevano potuto depositare le uova. 2

Gli alimenti freschi lasciati all'aperto ed esposti a umidità possono andare incontro a svariate trasformazioni causate da muffe, batteri, insetti, etc.

3 GENERAZIONE SPONTANEA All inizio del XVIII secolo gli scienziati non credevano più che gli organismi complessi potessero generarsi spontaneamente; tuttavia, l avvento del microscopio e quindi la scoperta dell esistenza del mondo microscopico, portò alla significativa ripresa dell ipotesi della generazione spontanea per gli organismi più semplici. John Needham Nel 1745 Needham compì degli esperimenti per dimostrare che era possibile che i microrganismi si generassero spontaneamente. Needham chiuse ermeticamente dei recipienti pieni d'acqua dopo averli sottoposti a calore per uccidere tutte le possibili forme di vita. Trascorso del tempo osservò che erano nati, secondo lui spontaneamente, dei microrganismi. Lazzaro Spallanzani Successivamente Lazzaro Spallanzani ricompose l'infuso di Needham e si accorse che vi erano delle macchie scure che erano probabilmente uova dalle quali si erano sviluppati i microrganismi. Per confermare la sua ipotesi fece una serie di esperimenti: prima chiuse ermeticamente dei vasi contenenti acqua e poi li riscaldò per eliminare tutte le possibili forme di vita. Osservò, a differenza di Needham, che i microrganismi non si riformavano. Nonostante questa sua dimostrazione, molti continuarono a credere fermamente nella teoria della generazione spontanea. Microscopio di Leewenhock 3

John Needham Nel 1745 Needham compì degli esperimenti per dimostrare che era possibile che i microrganismi si generassero spontaneamente.

4 LOUIS PASTEUR Louis Pasteur ( ), basandosi e modificando l'esperimento dell'emiliano Spallanzani, confutò la teoria della generazione spontanea o abiogenesi. Pasteur presentò per la prima volta il suo esperimento nel 1864 a Parigi. Egli mise a punto degli esperimenti in grado di dimostrare che i microorganismi apparivano solo in quanto agenti contaminati dell aria e non «spontaneamente», come sostenevano i suoi oppositori. Nei suoi esperimenti egli usò dei matracci a collo d oca che permettevano l entrata dell ossigeno, ritenuto necessario per la vita, ma che, nei loro lunghi colli curvi, bloccavano l entrata dei batteri, delle spore, dei funghi, o di altri microbi, proteggendo così l infuso dalla contaminazione. Egli dimostrò che se si bolliva il liquido del matraccio (cosa che uccideva i microorganismi ancora presenti) e il collo del matraccio rimaneva intatto, non sarebbe apparso alcun microorganismo. Solo se il collo ricurvo del matraccio veniva rotto, permettendo agli agenti contaminanti di entrare, i microorganismi riapparivano. Erano passati trent'anni dalla prima formulazione della teoria cellulare ma sembrava fosse stato dimostrato solo ora che ogni organismo vivente, praticamente ogni cellula, provenisse sempre e soltanto da un altra cellula. 4

Egli mise a punto degli esperimenti in grado di dimostrare che i microorganismi apparivano solo in quanto agenti contaminati dell aria e non «spontaneamente», come sostenevano i suoi oppositori.

5 GREGOR JOHAN MENDEL Mendel (Hynčice, 22 luglio 1822 Brno, 6 gennaio 1884) frate agostiniano, biologo e matematico considerato universalmente il padre della genetica classica. L importanza del lavoro di Mendel è legata anche all introduzione, nello svolgimento dei suoi esperimenti, di un rigoroso metodo scientifico; infatti, effettuando fecondazioni artificiali per incrociare le piante con i caratteri da lui selezionati, Mendel utilizzò un approccio metodologico del tutto innovativo. Pianificò gli esperimenti con cura, scegliendo di studiare solamente caratteristiche ereditarie nette e scartando quelle che potevano apparire nella prole in modo incerto. Studiò i discendenti non solo della prima generazione ma anche della seconda e di quelle successive. Organizzò i suoi dati in modo tale da rendere la loro valutazione semplice e oggettiva; gli esperimenti stessi furono descritti e documentati così chiaramente che altri scienziati poterono ripeterli e controllarli per verificarne l attendibilità. Introdusse per primo la statistica in biologia. 5

incrociare le piante con i caratteri da lui selezionati, Mendel utilizzò un approccio metodologico del tutto innovativo.

6 LE LEGGI DI MENDEL Egli studiando il pisello odoroso formulò tre leggi. Legge della dominanza: dall incrocio di due organismi che differiscono per una coppia di caratteri si ottengono solo individui che mostrano il carattere dominante. Legge della segregazione: incrociando tra loro individui della prima generazione, i caratteri dominante e recessivo si presentano con un rapporto di 3:1. Legge dell assortimento indipendente: caratteri differenti si trasmettono in modo indipendente nelle generazioni successive. Oggi sappiamo che la terza legge non è sempre valida; essa infatti si applica ai geni posizionati sui cromosomi distinti, ma non sempre a quelli collocati su uno stesso cromosoma. 6

Legge della segregazione: incrociando tra loro individui della prima generazione, i caratteri dominante e recessivo si presentano con un rapporto di 3:1.

7 THOMAS HUNT MORGAN Viene considerato il padre della genetica moderna; ricevette il premio Nobel per la Fisiologia e Medicina nel Nel 1910 studiando il moscerino della frutta Drosophilamelanogaster, scoprì un esemplare con gli occhi bianchi (mutante). Per verificare se questo nuovo carattere fosse trasmesso secondo lo schema di Mendel, progettò degli esperimenti: incrociò il maschio con occhi bianchi (mutante) con una femmina con occhi rossi omozigote (generazione P). Tutta la progenie F1 aveva occhi rossi, dunque l allele rosso era dominante sull allele bianco (come previsto dalla Prima Legge di Mendel). Incrociò le Drosophile della progenie F1. Ottenne il rapporto previsto da Mendel di 3:1 nella generazione F2 (su 4252 moscerini nati solo 782 avevano gli occhi bianchi). I risultati erano una prova della legge della segregazione dei caratteri. Morgan si accorse inoltre che tutti i moscerini dagli occhi bianchi ottenuti in questo esperimento erano di sesso maschile: trasse da questi risultati la Legge dell ereditarietà legata al sesso. 7

Per verificare se questo nuovo carattere fosse trasmesso secondo lo schema di Mendel, progettò degli esperimenti: incrociò il maschio con occhi bianchi (mutante) con una femmina con occhi rossi

8 ESPERIMENTI SULLA DROSOPHILA Prese in esame contemporaneamente più caratteri della Drosophila per verificare se i loro alleli segregassero indipendentemente secondo quanto stabilito da Mendel. Scoprì così che in molti casi i rapporti fenotipici erano in disaccordo con quelli previsti da Mendel. Ripercorriamo il suo esperimento: Considerò i caratteri colore del corpo e forma delle ali entrambi determinati da una coppia di alleli: 1. L allele selvatico B (corpo grigio) domina su b (corpo nero); 2. L allele selvatico F (ali normali) domina su f (ali vestigiali, ovvero atrofizzate). Incrociò un individuo eterozigote per entrambi i caratteri (genotipo BbFf) con un individuo omozigote recessivo (genotipo bbff): non ottenne però il rapporto fenotipico 1:1:1:1 stabilito dalla terza legge di Mendel. 8

Ripercorriamo il suo esperimento: Considerò i caratteri colore del corpo e forma delle ali entrambi determinati da una coppia di alleli: 1.

9 FINO A PROVA CONTRARIA Concluse che: - il gene per il colore del corpo (B,b) e il gene per la dimensione delle ali (F,f) non si distribuivano in modo indipendente, anzi venivano ereditati congiuntamente. Solo una piccola percentuale di individui presentava la ricombinazione prevista da Mendel. - I geni situati sullo stesso cromosoma, venivano trasmessi insieme. Grazie a questa ipotesi si introdusse l idea che i geni che si trovavano fisicamente sullo stesso cromosoma tendevano ad essere geni associati, ereditati insieme, eccetto nel caso in cui si verificasse un rimescolamento. Studiando a fondo i risultati ottenuti Morgan e suoi collaboratori arrivarono a formulare la teoria del crossing over. In seguito A. Sturtevant trovò una correlazione fra la distanza fisica dei geni e la loro frequenza di ricombinazione. Più due geni sono lontani, più è probabile che un crossing over li separi. 9

Grazie a questa ipotesi si introdusse l idea che i geni che si trovavano fisicamente sullo stesso cromosoma tendevano ad essere geni associati, ereditati insieme, eccetto nel caso in cui si

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