Scienziate che avrebbero dovuto vincere il Premio Nobel: Nettie Stevens (1861-1912)

Rinaldo Cervellati.

Nettie Maria Stevens nacque il 7 luglio 1861 a Cavendish (una città del Vermont), terza di quattro figli. I due fratelli maggiori morirono prima che lei nascesse, la sorella minore, Emma, nacque nel 1863. Le informazioni sulla sua infanzia e giovinezza sono piuttosto scarse almeno nelle biografie che ho consultato [1].

Completato il percorso scolastico, dove si fece presto notare per la sua eccezionale abilità negli studi, frequentò la Westford Academy, Massachusetts. Diplomatasi nel 1880, insegnò fisiologia e zoologia ma anche matematica, latino e inglese in diverse high school, per qualche tempo fu anche bibliotecaria a Westford. Maturò il suo interesse per la ricerca in fisiologia durante un corso estivo di formazione cui partecipò nel 1890 e 1891 sull’isola di Vineyard (Massachusetts). Con il denaro risparmiato dal lavoro di insegnante entrò all’Università di Stanford (California) nel 1896, ottenendo il B.A. nel 1899 e poi il M.A. in fisiologia l’anno successivo. A Stanford restò un altro anno iniziando il lavoro di dottorato, perfezionando gli studi in fisiologia, citologia e istologia [1].

Nettie Maria Stevens nel 1904

Continuò studi e ricerche per il dottorato al Bryn Mawr College in Pennsylvania, un’istituzione facente parte delle “Seven Sister Colleges”, cioè i pochi istituti di educazione superiore che concedevano anche alle donne tutti i livelli di studio fino al dottorato, ma Stevens fu attratta dal Bryn soprattutto perché vi insegnarono due dei maggiori biologi americani, E.B. Wilson[1] e T.H. Morgan[2]. Essi facevano parte anche del Comitato Editoriale della rivista Journal of Experimental Zoology. Come studente e in seguito collega di Morgan, Stevens fu in grado di tenersi in contatto con le ricerche nei campi in rapida evoluzione della genetica, della citologia e dell’embriologia [1]. Come promettente scienziata che aveva già pubblicato nove articoli durate il periodo di dottorato, ottenuto nel 1903, Stevens aveva diritto a borse e premi speciali. Il Presidente del Comitato per le Borse di studio per l’Europa del Bryn Mawr le assegnò una borsa di ricerca con la quale si recò alla Stazione Zoologica di Napoli per studiare organismi marini e all’Università di Wurzburg, per lavorare con il biologo tedesco Theodor Boveri[3]. Successivamente ricevette un premio di 1000 dollari dall’”Associazione per la promozione della ricerca scientifica tra le donne”, offerta per il miglior articolo scritto da una donna su un argomento scientifico [2].

Una borsa postdottorato per assistente ricercatore alla Carnegie Institution di Washington, permise a Stevens di continuare le ricerche al Bryn Mawr College durante gli anni cruciali 1904-1905, quando intraprese le sue ricerche sui cromosomi del sesso.

Microscopio Zeiss usato da Stevens (Bryn Mawr College)

Durante il decennio precedente Boveri, Wilson e altri avevano trovato forti prove a sostegno dell’individualità dei cromosomi come parti identificabili delle cellule (reidentificabili dopo la divisione cellulare) e suggerivano che ciascun cromosoma potesse essere responsabile di una parte definita della dotazione ereditaria di un organismo. Nella prima edizione (1896) del suo fondamentale libro The Cell in Development and Inheritance, Wilson enumerò le prove secondo cui la sede dell’ereditarietà sta nei cromosomi nel nucleo della cellula. Ma Wilson, Morgan e la maggior parte degli altri biologi non erano ancora pronti ad accettare l’idea che il sesso fosse completamente determinato dai cromosomi al momento della fecondazione. Invece, molti credevano che fattori ambientali, come ad esempio la nutrizione, giocassero un ruolo importante nel determinare il sesso dell’embrione in via di sviluppo. Nel 1903 Morgan [3] concluse una sua dettagliata review sulla determinazione del sesso con la seguente frase:

La nostra conclusione generale è che mentre le teorie recenti sono state molto utili nell’indirizzare l’attenzione sulla determinazione precoce del sesso nell’ovulo, quelle che hanno tentato di collegare questa conclusione con l’assunzione della separazione del maschio dalla femmina nella cellula germinata non sono riuscite a stabilire il loro punto di vista. L’ovulo, per quanto riguarda il sesso, sembra essere in una sorta di stato di equilibrio, e le condizioni a cui è esposto, anche quando non è completamente formato, possono determinare quale sesso produrrà. Può essere un tentativo futile cercare di scoprire qualsiasi influenza che sia decisiva per tutti i tipi di ovuli. Qui, come altrove nella natura organica, diversi stimoli possono determinare in specie diverse quali delle possibilità esistenti si realizzeranno.[3]

Morgan si riferisce qui a un articolo di C.E. Mc Clung[4] [4] che chiamava in causa un “cromosoma accessorio” (scoperto in precedenza da H. Henking) facendo l’ipotesi che fosse esso il portatore delle qualità che appartengono all’organismo maschile.

Stevens invece fu rapida nel vedere le possibilità offerte dall’ipotesi di McClung in concomitanza con la teoria mendeliana dell’ereditarietà. Nella lettera di Morgan alla Carnegie Institution, il 19 novembre 1903, a sostegno della richiesta di fondi di Stevens, chiarisce che era lei quella che voleva investigare la determinazione del sesso tramite cromosomi, mentre egli, partner senior (sebbene più giovane di età) del gruppo di ricerca, era ancora sotto l’influenza delle teorie ambientali[5]. Tuttavia questa differenza di opinioni non impedì loro di collaborare. Secondo S. Brush [1a], data la situazione di rispetto reciproco, il disaccordo è stato vantaggioso per Stevens nel lungo periodo, poiché significava che avrebbe pubblicato i suoi risultati solo con il suo nome. Se il nome di Morgan fosse stato sulla sua pubblicazione del 1905, il mondo scientifico avrebbe indubbiamente dato la maggior parte del merito a lui.

Sia Morgan che Wilson furono comunque entusiasti nel raccomandare Stevens alla Carnegie Institution. Morgan scrisse: fra gli studenti laureati degli ultimi dodici anni non ho avuto nessuno che fosse capace e indipendente nel lavoro di ricerca come Miss Stevens…[1a]

. Wilson dichiarò: Conosco bene il lavoro di Miss Stevens, un personaggio molto indipendente e ammirevole sotto tutti i punti di vista, la considero non solo la migliore dei ricercatori donne, ma una che farà il proprio lavoro come quello di un qualsiasi uomo dello stesso livello. cit. in [1a]

La sovvenzione fu concessa e Stevens proseguì la sua ricerca, che comportava un esame dettagliato dei cromosomi di diversi insetti e il confronto con il sesso della progenie.

Dopo un tentativo fallito, Stevens fu più fortunata con Tenebrio molitor, il comune verme della farina; trovò che i maschi sono prodotti da spermatozoi contenenti un cromosoma chiaramente molto più piccolo del corrispondente cromosoma negli spermatozoi che producono femmine. Il 23 maggio 1905 sottopose alla Carnegie Institution un manoscritto intitolato “Studies in Spermatogenesis” per la pubblicazione nella serie di monografie della Carnegie. Il manoscritto fu inviato il 29 maggio a Wilson per un parere come membro del comitato consultivo dell’istituzione. Lo restituì il 13 giugno con questo breve commento: È in ogni modo un lavoro ammirevole che è degno di essere pubblicato da qualsiasi società istruita, e non esito a raccomandarlo per la pubblicazione da parte dell’Istituzione (Cit. in [1a]). Fu pubblicato nel settembre 1905 [5].

Dopo aver descritto gli esperimenti e le osservazioni Stevens scrive:

Poiché le cellule somatiche della femmina contengono 20 cromosomi grandi, mentre quelli del maschio ne contengono 19 grandi e 1 piccolo, ciò sembra essere un chiaro caso di determinazione del sesso, non da un cromosoma accessorio, ma da una netta differenza nel carattere degli elementi di una coppia di cromosomi degli spermatociti… gli spermatozoi che contengono il piccolo cromosoma determinano il sesso maschile, mentre quelli che contengono 10 cromosomi di uguale dimensione determinano il sesso femminile. Questo risultato suggerisce che ci possono essere in molti casi alcune differenze intrinseche che influenzano il sesso, nel carattere della cromatina di una metà degli spermatozoi, anche se di solito non possono essere individuate dalla differenza esterna nella forma o dimensione dei cromosomi come nel Tenebrio. [5]

Nettie Stevens e i cromosomi del sesso

In generale viene affermato che E.B. Wilson ottenne gli stessi risultati di Stevens, indipendentemente e nello stesso tempo [6]. Quest’affermazione è vera solo in via approssimativa, infatti come fa rilevare Brush [1a], in primo luogo Wilson scelse una specie (Anasa tristis) in cui il maschio ha un cromosoma in meno rispetto alla femmina, mentre Stevens studiò il caso molto più comune in cui il maschio ha un piccolo cromosoma (Y) corrispondente al grande cromosoma (X) nella femmina. In secondo luogo, Wilson probabilmente sarebbe arrivato alle sue conclusioni sulla determinazione del sesso solo dopo aver visto i risultati di Stevens. Questo è forse il punto più importante, confermato dai documenti conservati alla Carnegie Institution. Inoltre Wilson pubblicò l’articolo che è usualmente considerato il primo in cui parla esplicitamente della scoperta sulla determinazione del sesso [7], affermando all’inizio:

Non c’è dubbio che in questi animali esiste una precisa connessione di qualche tipo tra i cromosomi e la determinazione del sesso. [7]

Conclude però tornando a una teoria semi-ambientale:

… grandiose, se non insuperabili, difficoltà si incontrano con qualsiasi forma di assunzione che questi cromosomi siano specificamente determinanti del sesso maschile o femminile. [7]

Edmund B. Wilson

Nel 1906 Stevens verificò la sua teoria su altre specie di insetti, in particolare coleotteri, emitteri e lepidotteri pubblicando la seconda parte degli Studies on Spermatogenesis [8].

Tuttavia, non c’è dubbio che nel 1906 Stevens era più avanti di Wilson nel realizzare il significato della loro scoperta. Scrive Stevens [8]:

Wilson [9] suggerisce come alternative alla teoria cromosomica della determinazione del sesso in base alla Legge di Mendel: (i) che gli eterocromosomi possono semplicemente trasmettere caratteri sessuali, il sesso essendo determinato da condizioni protoplasmatiche esterne ai cromosomi; (ii) che gli eterocromosomi possono essere fattori determinanti il sesso solo in virtù della differenza di attività o quantità di cromatina, il cromosoma sessuale femminile nel maschio è meno attivo.

Citò prove contro entrambe queste alternative, concludendo [8]:

Nel complesso, la teoria, che conduce la questione della determinazione del sesso alla Legge di Mendel in una forma modificata, sembra più conforme ai fatti, e fa sperare che nel prossimo futuro possa essere possibile formulare una teoria generale della determinazione del sesso.[8]

Successivamente continuò l’analisi su una cinquantina di specie, compresa la Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta, delizia di generazioni di genetisti fra i quali Thomas Morgan che proprio per le sue ricerche su questo insetto ottenne il Premio Nobel per la Medicina nel 1933, “per le scoperte sul ruolo dei cromosomi nell’ereditarietà”.

Thomas Morgan

Secondo Brush [1a], la mancata assegnazione del premio Nobel a Stevens può essere spiegata dal fatto che il significato dei cromosomi sessuali in genetica non fu generalmente accettato mentre essa era in vita; Morgan dovette aspettare fino al 1933 per ottenerlo, e a Wilson non fu mai assegnato.

Brush [1a] fa però osservare che è più grave il fatto che la maggior parte dei libri di testo moderni, anche quando menzionano Stevens, diano l’impressione che lei abbia lavorato soltanto seguendo le orme di Wilson. A causa dei contributi più sostanziali di Wilson in altre aree, egli tende a ricevere il maggior credito anche per la scoperta dei cromosomi del sesso[6].

Tuttavia Nettie Stevens ottenne il massimo rispetto dai principali biologi[7] del suo tempo, però non riuscì a ottenere una posizione universitaria regolare, senza dubbio in gran parte perché era una donna. Purtroppo non fece in tempo a beneficiare della cattedra di ricercatrice creata apposta per lei al Byrn Mawr poiché morì il 4 maggio 1912 per un tumore al seno.

Bibliografia

[1] a) S. G. Brush, Nettie M. Stevens and the Discovery of Sex Determination by Chromosomes, ISIS, 1978, 69, 163-172; b) J. Maineschein, Stevens, Nettie Maria, Encyclopedia.com

http://www.encyclopedia.com/people/history/historians-miscellaneous-biographies/nm-stevens

Per chi fosse interessato a info più dettagliate su famiglia, infanzia, prima giovinezza e percorsi scolastici di Stevens le può trovare in: M. B. Ogilvie, C. J. Choquette, Nettie Maria Stevens (1861–1912): Her Life and Contributions to Cytogenetics, in Proceedings of the American Philosophical Society1981, 125, 292–311.

[2] N. M. Stevens, A Study of the Germ Cells of Aphis Rosae and Aphis Oenotherae, Journal of Experimental Zoology, 1905, 2, 313-333.

[3] T. H. Morgan, Recent Theories in Regard to the Determination of Sex, Popular Science, 1903,

64, 97-116.

[4] C. E. McClung, The Accessory Chromosome-Sex Determinant?, Biological Bulletin, 1902, 3, 43-84.

[5] N.M. Stevens, Studies in Spermatogenesis. With especial reference to “Accessory chromosome”, Carnegie Institution of Washington, Washington D.C., September 1905

http://www.esp.org/foundations/genetics/classical/holdings/s/nms-05-spermatogenesis-1.pdf

[6] E. B. Wilson, “Studies on Chromosomes. I. The Behavior of the Idiochromosomes in Hemiptera, Journal of Experimental Zoology, 1905, 2, 371-405 (August 1905),

[7] E. B. Wilson, The Chromosomes in Relation to the Determination of Sex in Insects, Science, 1905, 22, 500-502 (October, 1905)

[8] N.M. Stevens, Studies in Spermetogenesis II. A Comparative Study of the Heterochromosomes in Certain Species of Coleoptera Hempitera and Lepidoptera, with especial reference to Sex Determination., Carnegie Institution of Washington, Washington D.C., October, 1906

http://www.esp.org/foundations/genetics/classical/holdings/s/nms-06-spermatogenesis-2.pdf

[9] E. B. Wilson, “Studies on Chromosomes. III. The Sexual Differences of the Chromosome-Groups in Hemiptera, with some Considerations on the Determination and Inheritance of Sex, Journal of Experimental Zoology, 1906, 3, 1-40. (January 1906, ricevuto December 1905).

[1] Edmund Beecher Wilson (1856-1939), zoologo americano e genetista è stato un pioniere della moderna biologia. Ha scritto uno dei più famosi trattati in questo settore, The Cell in Development and Inheritance, McMillan Ed., 1a ed. 1896. La 3a edizione 1932, di 1232 pagine è stata in uso fin dopo la 2a guerra mondiale. E’ stato accreditato insieme a Nettie Stevens della scoperta dei cromosomi del sesso, ma essi lavorarono indipendentemente e le prime conclusioni non furono le stesse.

[2] Thomas Hunt Morgan (1866-1945), biologo, genetista, embriologo americano, autore di 22 libri e 370 articoli scientifici, Premio Nobel 1933 per la Medicina e la Fisiologia per le sue scoperte sul ruolo dei cromosomi nell’ereditarietà.

[3] Theodor Heinrich Boveri (1862-1915) biologo tedesco noto per le sue ricerche sull’ovogenesi e la spermatogenesi (cioè la produzione di cellule uovo e spermatozoi), in particolare sul comportamento dei cromosomi durante il processo della divisione cellulare. Il suo lavoro ebbe un’influenza importante sulle ricerche successive di Stevens.

[4] Clarence Erwin McClung (1870-1946), biologo americano, interessato all’ereditarietà genetica, fece l’ipotesi di un “cromosoma accessorio” nella determinazione dl sesso, ipotesi poi scartata dai risultati della ricerca di Stevens.

[5] Questa lettera è riportata per esteso in appendice nel rif. [1a].

[6] Esempio di “Effetto Matilda” (termine coniato dalla storica Margaret W. Rossiter, negli anni ’90) per indicare la puntuale negazione o la minimizzazione dei risultati scientifici conseguiti dalle donne, i cui studi vengono spesso attribuiti ai loro colleghi uomini, non a causa della scarsa qualità scientifica del loro lavoro, ma per motivi di genere. Si accompagna al termine “Effetto Mattew” (termine coniato dal sociologo Robert Merton nel 1968) per indicare l’attribuzione a uomini di scoperte scientifiche fatte da donne semplicemente perché considerati più credibili (R. K. Merton, The Matthew Effect in Science, Science, 1968, 159, 56-63)

[7] Fa eccezione proprio T.H. Morgan che in un passaggio del suo ampio ma limitativo necrologio (Science, 1912, 36, 468-470) fa apparire Stevens più come un eccellente tecnico che una scienziata smentendo quanto scrisse nella sua lettera di accompagnamento alla richiesta di sovvenzione fatta da Stevens alla Carnegie Institution.

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