Theodor Svedberg: Il chimico che fece ruotare le molecole fino a fermarle

A 42 000 giri al minuto, generando forze centomila volte superiori alla gravità terrestre, l'ultracentrifuga di Theodor Svedberg poteva fare ciò che nessun microscopio dell'epoca era in grado di compiere: smistare le molecole per peso, osservandole sedimentare attraverso una soluzione in tempo reale e rivelando, per la prima volta, che le proteine non erano aggregati chimici sciolti come molti scienziati supponevano, ma molecole precise e uniformi con pesi molecolari definiti.

Un inizio rapido a Uppsala

Theodor Svedberg nacque il 30 agosto 1884 a Valbo, in Svezia. Si iscrisse all'Università di Uppsala nel 1904 e la sua ascesa fu sorprendentemente rapida: ottenne una laurea di primo livello nel 1905, un master nel 1907 e un dottorato nel 1908 — completando il dottorato in circa tre anni dall'inizio — prima di diventare docente e poi, nel 1912, capo del dipartimento di chimica fisica. Raggiunse la cattedra di professore ordinario all'età di ventotto anni, un'età insolitamente giovane per la posizione, e rimase titolare della cattedra di chimica fisica a Uppsala fino al 1949.

Colloidi, moto browniano e un nuovo tipo di macchina

La reputazione scientifica iniziale di Svedberg si costruì sulla chimica dei colloidi — lo studio di particelle finemente disperse in sospensione in un'altra sostanza, come il fumo nell'aria o le proteine nell'acqua — un campo ancora poco compreso all'inizio del XX secolo. Il suo lavoro sperimentale sui sistemi colloidali aiutò a fornire prove a sostegno delle teorie del moto browniano che Albert Einstein e Marian Smoluchowski avevano elaborato matematicamente pochi anni prima, collegando la danza erratica delle particelle microscopiche alla realtà delle molecole e degli atomi in un momento in cui la loro esistenza veniva ancora confermata empiricamente. Quella base nella scienza dei colloidi portò direttamente alla sua invenzione caratteristica. Durante una cattedra all'Università del Wisconsin-Madison a partire dal 1923, Svedberg sviluppò l'ultracentrifuga analitica, una macchina che faceva girare campioni a una velocità straordinaria per separare e misurare le particelle in base alla rapidità con cui sedimentavano sotto un'enorme forza centrifuga. Operando fino a 42 000 giri al minuto e generando circa 100 000 volte la forza di gravità terrestre, lo strumento permise a Svedberg di misurare il peso e la forma molecolare con una precisione che nessuna tecnica precedente aveva raggiunto, e la utilizzò per dimostrare che le proteine pure potevano essere distinte l'una dall'altra dal loro distinto comportamento di sedimentazione — prova che le proteine erano molecole discrete e ben definite piuttosto che gli aggregati colloidali variabili che alcuni chimici avevano ipotizzato.

Un Nobel per un intero corpo di lavoro

La Reale Accademia Svedese delle Scienze conferì a Svedberg il Premio Nobel per la Chimica nel 1926 per il suo lavoro sui sistemi dispersi — chimica dei colloidi e delle proteine in generale. Svedberg stesso rifletté in seguito con una certa ambivalenza sull'ampiezza della citazione, notando che il premio riconosceva non una singola scoperta ma, come disse, "più o meno l'intero corpo del mio lavoro". Questa ampiezza è essa stessa un indicatore di quanto i suoi metodi sperimentali fossero diventati centrali per la chimica fisica a meno di due decenni dal suo dottorato. L'unità adottata in seguito per misurare la velocità con cui le particelle sedimentano in una centrifuga — lo svedberg, abbreviato S, pari a dieci elevato alla meno tredici secondi — fu chiamata in suo onore e rimane di uso standard in biochimica oggi, più familiarmente nella denominazione delle subunità dell'RNA ribosomiale, come le subunità 30S e 50S dei ribosomi batterici.

Carriera successiva e svolta verso la chimica nucleare

Dopo aver lasciato la sua cattedra di chimica a Uppsala nel 1949, Svedberg non si ritirò ma rindirizzò le sue energie verso la scienza nucleare, dirigendo il Gustaf Werner Institute — un centro di ricerca costruito attorno a uno dei primi acceleratori di particelle svedesi — fino al 1967, ben oltre gli ottant'anni. Lungo il percorso collezionò ulteriori riconoscimenti internazionali, tra cui l'elezione a membro straniero della Royal Society nel 1944, l'appartenenza alla National Academy of Sciences degli Stati Uniti nel 1945 e la Medaglia Franklin nel 1949, oltre al premio svedese Björkénska, che ricevette tre volte nel corso della sua carriera. I colleghi che lavorarono con lui lo descrissero come uno scienziato metodico e tecnicamente inventivo, più interessato alla precisione sperimentale e alla riproducibilità che alla teorizzazione astratta, con una visione internazionale che aiutò i suoi metodi a diffondersi rapidamente oltre la Svezia.

Una vita fuori dal laboratorio

La vita personale di Svedberg fu tanto non convenzionale quanto la sua carriera fu illustre: si sposò quattro volte e ebbe dodici figli in totale. Fuori dalla chimica, coltivò la pittura, la botanica e la fotografia come seri hobby, esponendo acquerelli di paesaggi e studi naturali tratti dai suoi viaggi in Svezia e in Sud America — interessi che suggeriscono un temperamento osservativo portato dal laboratorio al mondo naturale.

Perché Theodor è chiamato genio

Il caso per la genialità di Svedberg poggia direttamente sulla costruzione di strumenti piuttosto che sulla teoria pura: non derivò una nuova legge della natura tanto quanto inventò una macchina abbastanza precisa da permettere alla natura di mostrare ai chimici qualcosa che altrimenti non avrebbero potuto vedere. Far girare un campione abbastanza velocemente, e misurarne il comportamento abbastanza finemente, per smistare le molecole per peso richiedeva sia una comprensione insolita della chimica fisica che una reale persistenza ingegneristica — l'ultracentrifuga attraversò anni di perfezionamento meccanico prima di diventare uno strumento scientifico affidabile. Questo è un genio del metodo e della precisione piuttosto che di un singolo salto concettuale, ed è indicativo che anche la citazione del comitato Nobel coprisse l'intero suo programma di ricerca piuttosto che una scoperta isolata, un'ampiezza che lo stesso Svedberg trovò leggermente scomoda da accettare. La complicazione onesta è che Svedberg si basò su fondamenti teorici esistenti stabiliti da Einstein e Smoluchowski sul moto browniano invece di originare la fisica sottostante lui stesso; il suo contributo singolare è stato tradurre quella teoria in una tecnica sperimentale funzionale e ripetibile che ha trasformato la chimica delle proteine in una scienza quantitativa. È maestria e rigore, ai massimi livelli, più che un singolo lampo di intuizione.

Eredità

Svedberg morì il 25 febbraio 1971 a Kopparberg, in Svezia, dopo aver trascorso i suoi ultimi due decenni a dirigere la ricerca nucleare, dopo quattro decenni a rimodellare la chimica fisica. Il Laboratorio Svedberg presso l'Università di Uppsala porta oggi il suo nome, e l'unità svedberg che ha dato alla biochimica rimane nell'uso quotidiano nei laboratori di tutto il mondo, una piccola ma permanente traccia della macchina che permise per la prima volta agli scienziati di guardare le molecole smistarsi per peso.