Elettricità animale: il dibattito Galvani - Volta e l’elettroricezione

Elettricità animale: il dibattito Galvani-Volta e l’elettroricezione

Introduzione

In questo approfondimento ho deciso di affrontare particolari aspetti dell’elettricità applicata alla

natura. In particolare inizialmente viene descritta l’opera scientifica di Galvani e l’opposizione cui

andarono in contro i suoi lavori verso la fine del Settecento. In questo periodo c’era molto fermento

intorno alle ricerche sull’elettricità animale e si presentavano varie interpretazioni e spiegazioni: è

famosa soprattutto la disputa tra Galvani e Volta.

Successivamente ho voluto fornire un esempio di quella che può essere un’applicazione reale di

utilizzo dell’elettricità nel mondo animale: l’elettroricezione, cioè l’abilità di alcune specie animali

di rilevare campi elettrici per fini pratici.

Il motivo che mi ha spinto a trattare questi argomenti è la particolarità degli esperimenti di Galvani,

che gli hanno permesso di passare alla storia come il primo che ha aperto gli orizzonti sulle azioni

fisiologiche dell'elettricità. Inoltre ritengo interessante parlare di elettroricezione, una delle capacità

più straordinarie e curiose degli animali e può essere considerata la massima espressione di ciò che

intercorre tra mondo animale e elettrico.

A questo riguardo sono partito dall’opera di Galvani.

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Gli esperimenti di Galvani

Luigi Galvani nel 1791 pubblicò il De viribus electricitatis in motu musculari commentarius (Le

forze elettriche nel movimento muscolare), noto semplicemente anche come Commentario, nel

quale espone la teoria dell’elettricità animale, frutto di lunghe indagini sperimentali. La sua opera

scientifica scaturisce in modo quasi accidentale, infatti un suo assistente, mentre lavorava alla

dissezione di rane in prossimità di macchine elettrostatiche, toccò fortunosamente con un bisturi

carico il nervo sciatico dell’animale, provocando uno scatto della zampa come se questa fosse viva.

Questo fatto lo indusse a sviluppare lo studio delle relazioni tra elettricità e vita, basando i suoi

esperimenti e studi proprio su ciò che aveva creato in lui curiosità e stupore, le rane. In particolare,

Galvani operava sugli arti inferiori delle rane, isolati dal tronco, mantenendo però intatta la

connessione dei nervi col midollo spinale.

Figura 1: Luigi Galvani

Il primo esperimento

Galvani, con il primo esperimento, ottenne che il contatto tra il nervo scoperto di una zampa di rana

e un rudimentale apparecchio elettrico provocava la contrazione muscolare della zampa. In seguito,

sempre più interessato, egli modificò l’esperimento stimolando il nervo mediante il semplice

contatto di un arco bimetallico, osservando anche in questo caso la contrazione del muscolo ad esso

collegato. Galvani giustificò i fatti postulando l’esistenza di una ‘forza elettrica’ interna ai tessuti

muscolari, mentre l’arco bimetallico sarebbe servito a chiudere il circuito, permettendo così il fluire

dell’elettricità che avrebbe di conseguenza comportato la contrazione.

Il secondo esperimento

Successivamente, egli verificò sperimentalmente, con un secondo esperimento, che analoghe

contrazioni si manifestavano nel muscolo della rana anche se toccato da un conduttore scarico (un

bisturi), mentre si traeva una scintilla dal conduttore di una macchina elettrostatica accostandovi un

conduttore, senza che vi fosse contatto diretto tra macchina e rana. Da questo esperimento Galvani

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trasse delle informazioni: stabilì che per provocare convulsioni dell’animale tramite contatto diretto

occorreva toccare i nervi con un corpo conduttore, mentre i corpi isolanti non sortivano alcun

effetto.

In questo modo, Galvani stesso, spiega l’esperimento che mostra l’eccitazione a distanza del nervo

crurale di una rana per effetto di una scintilla rilasciata dal conduttore di una macchina

elettrostatica:

“ Dissecai una rana, la preparai e la collocai sopra una tavola sulla quale c'era una macchina

elettrica, dal cui conduttore era completamente separata e collocata a non breve distanza; mentre

uno dei miei assistenti toccava per caso leggermente con la punta di uno scalpello gli interni

nervi crurali di questa rana, a un tratto furono visti contrarsi tutti i muscoli degli arti come se

fossero stati presi dalle più veementi convulsioni tossiche. A un altro dei miei assistenti che mi

era più vicino, mentre stavo tentando altre nuove esperienze elettriche, parve dì avvertire che il

fenomeno succedesse proprio quando si faceva scoccare una scintilla dal conduttore della

macchina. Ammirato dalle novità della cosa, subito avvertì me che ero completamente assorto e

meco stesso d'altre cose ragionavo. Mi accese subito un incredibile desiderio di ripetere

l'esperienza e di portare in luce ciò che di occulto c'era ancora nel fenomeno.”

Il terzo esperimento

Galvani, spinto appunto a provare nuove condizioni sperimentali per riuscire a spiegare la

misteriosa reazione alla scintilla avvenuta senza contatto diretto, creò un nuovo apparato

sperimentale per un terzo esperimento: tese attraverso la stanza un filo metallico, completamente

isolato dai muri (l'isolamento era attuato sospendendo il filo al soffitto mediante una serie di cappi

di seta); un'estremità del filo venne posta in comunicazione con i nervi crurali di una rana rinchiusa

in un recipiente isolato e messa in contatto con un conduttore che forniva il contatto "a terra".

Veniva poi messa in funzione una macchina elettrica dalla quale si ricavavano le solite scintille.

Questa macchina, pur posta in vicinanza del filo, era tuttavia del tutto isolata dal resto dell'apparato.

Anche in questo caso le zampe della rana presentavano vive contrazioni ogni volta che venivano

fatte scoccare delle scintille. Figura 2: Il terzo esperimento di Galvani

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Il quarto esperimento

A qual tempo, tuttavia, non si sapeva che l’elettricità ‘artificiale’ (prodotta e studiata nei laboratori)

e quella ‘atmosferica’ (manifestata nei fulmini) avessero la stessa natura e Galvani volle

sperimentare se le contrazioni muscolari potessero essere prodotte anche dallo scoccare dei fulmini

e eseguì alcuni esperimenti atti ad evidenziare tali effetti. Egli ottenne lo stesso risultato sostituendo

alla macchina elettrostatica qualsiasi altra sorgente di elettricità allora conosciuta, come, ad

esempio, l’elettricità temporalesca: in un quarto esperimento, che era sostanzialmente una variante

del precedente, preparata la rana nel solito modo, Galvani ne collegò i nervi crurali ad un filo teso

all'esterno, ed accuratamente isolato. Le zampe della rana venivano poi collegate ad un filo

metallico che portava il contatto dall'antenna alla terra. Si osservò come, ad ogni scarica del

temporale vicino, le zampe di rana si contraessero.

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Le spiegazioni di Galvani agli esperimenti

Galvani ipotizzò quindi l’esistenza di un’elettricità ‘intrinseca all’animale’ nel tentativo di spiegare

il verificarsi delle contrazioni muscolari osservate nei vari esperimenti, in particolare di quelle che

avvenivano per contatto diretto tra nervo e conduttore, poiché già precedentemente altri fisiologi

avevano mostrato per via sperimentale che uno stimolo applicato a un nervo tramite una scintilla

tratta in lontananza provoca contrazioni del muscolo ad esso collegato.

Inoltre, con altri esperimenti, Galvani scoprì che le contrazioni avevano luogo sia in una rana posta

su di una piastra di ferro contro la quale si spingeva un uncino di ottone sia mediante l’uso di archi

metallici a contatto con l’uncino che a sua volta era a contatto con il midollo spinale. Questa fu la

più importante scoperta di Galvani perché riuscì a osservare l’avvenimento di contrazioni

semplicemente connettendo il nervo al muscolo, mediante un arco elettroconduttore. Secondo

Galvani l’arco metallico metteva in circolo l’elettricità ‘animale’ producendo così la contrazione dei

muscoli e questi, quindi, non erano soltanto rivelatori ma soprattutto ‘serbatoi’ di elettricità.

Le esclusive proprietà di tale elettricità fanno sì che essa agisca solo per conduzione diretta e mai a

distanza, potendosi solo trasferire da un punto all’altro dell’animale medesimo. Essa verrebbe

prodotta dal cervello e trasferita dai nervi alla parte interna dei muscoli, dove si accumula, mentre la

parte esterna del muscolo, separata dai nervi per opera di una sostanza che avvolge questi ultimi,

non può venire caricata di elettricità: si crea quindi una differenza di potenziale tra parte esterna e

interna del muscolo, che viene a formare una sorta di bottiglia di Leida. La connessione tra nervo e

parte esterna del muscolo, il ‘disquilibrio elettrico’ fra le due parti, investe il muscolo stesso

determinando la sua contrazione.

Questa teoria, che oggi sappiamo non essere vera, ha comunque una base di verità, infatti i tessuti

viventi sono costituiti da cellule, ciascuna delle quali possiede una differenza di potenziale tra

interno ed esterno della membrana che è alla base della trasmissione dei segnali nervosi.

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Interpretazione fisica degli esperimenti di Galvani

Alla luce delle conoscenze contemporanee è noto che l’interpretazione degli esperimenti da parte di

Galvani non è esatta per vari motivi, tra cui la professione svolta da Galvani e il carattere che in

quel tempo aveva lo studio dell’elettricità. Oggi, con le conoscenze acquisite dalla fisica nel passare

degli anni, si può fornire una spiegazione scientifica agli esperimenti svolti da Galvani e ai loro

risultati.

Per quanto riguarda il primo esperimento, nel quale Galvani fece uso dell’arco bimetallico, la

spiegazione è la seguente: quella che egli identificò come corrente ‘animale’ era prodotta dall’arco

stesso, il quale produceva una piccola corrente elettrica generata dalla differenza di potenziale tra i

due metalli.

Il secondo esperimento trova spiegazione nelle onde elettromagnetiche generate dalla scintilla, le

quali creano correnti indotte nel corpo conduttore che a sua volta trasmette tale corrente alla rana.

Riguardo il terzo e il quarto esperimento, il filo teso attraverso la stanza costituiva in effetti

un'antenna che captava le onde elettromagnetiche generate dall'apparecchio elettrico; queste onde

venivano trasmesse alla rana: si trattava di un rudimentale apparecchio radiotelegrafico.

In sostanza, quando attraverso un conduttore passa una corrente elettrica, si genera un campo

elettromagnetico che può essere percepito da conduttori che ne vengono investiti, e in cui si

generano correnti indotte. L'apparato sperimentale usato da Galvani corrisponde in modo puntuale

ad un complesso trasmittente-ricevente di radiotelegrafia: le scariche ricavate dalla macchina,

genericamente oscillanti, generavano della onde elettromagnetiche, che, propagandosi, producevano

correnti d'alta frequenza in un filo che costituiva di fatto l'antenna del complesso ricevente. I nervi

crurali della rana fungevano da rivelatore, mentre la graniglia di piombo fungeva da terra.

L'interpretazione degli esperimenti in questi termini è però recente ed è legata alla teoria

dell’elettromagnetismo sintetizzata nelle equazioni di Maxwell.

In particolare le scariche generate tramite la macchina elettrica creano un campo elettrico E

variabile mediante la corrente che oscilla nel circuito. Poiché la corrente è variabile nel tempo,

anche il campo E sarà variabile e produrrà un campo magnetico variabile B, poiché il campo

magnetico B è variabile, creerà un campo elettrico variabile E e così via. Le equazioni matematiche

che descrivono questo processo prevedono che questo fenomeno si propaghi nello spazio come

un'onda, chiamata onda elettromagnetica, oppure radiazione elettromagnetica. L'importanza delle

equazioni di Maxwell nell'elettromagnetismo è appunto quella di fornire le relazioni tra il campo

elettrico e quello magnetico, sottolineando l'importanza delle induzioni generate dai campi stessi.

Per giustificare il fatto che Galvani non seppe cogliere le implicazioni delle sue scoperte bisogna