Serendipità e scienza: come nascono le scoperte inaspettate, con Telmo Pievani

Dietro la parola serendipità c’è un cammello smarrito in una fiaba persiana. Si racconta che re Giaffar, sovrano di Serendippo, un giorno mandò i suoi tre figli per il mondo, perché facessero esperienza delle cose della vita. Lungo il cammino, i principi incontrarono un uomo che aveva perso il suo cammello. Prima ancora che l'uomo aprisse bocca, i tre avevano già notato i segni del passaggio dell’animale. L'erba brucata solo da un lato del sentiero, i morsi irregolari sui fili d'erba, delle impronte di mani accanto alle orme, nel punto in cui il cammello doveva essersi inginocchiato. Quando l'uomo chiese se avessero visto il cammello, i tre risposero di sì, anche se non era vero: gli dissero che era cieco da un occhio, che gli mancava un dente e che una donna gravida gli sedeva in groppa. Il cammelliere, stupito dalla loro conoscenza, li ringraziò e seguì le indicazioni, ritrovando infine l'animale.

I tre futuri sovrani di Serendippo, l'antico nome persiano dell'odierno Sri Lanka, avevano ricostruito le fattezze del cammello e il suo percorso grazie all'ingegno e a una spiccata attenzione ai dettagli. La fiaba prosegue con i tre principi che, lungo il cammino, continuano a fare scoperte inaspettate, grazie al caso che, nello spazio dell'osservazione, ha favorito la loro mente pronta, per parafrasare una famosa citazione di Louis Pasteur.

Una prima definizione di serendipità

La storia dei tre principi di Serendippo, scritta dal poeta persiano sufi Amir Khosrow nel 1300, ha ispirato lo scrittore britannico Horace Walpole a coniare la parola serendipità. Questa indica il meccanismo apparentemente casuale che porta a fare scoperte felici, mentre si sta cercando qualcos’altro.

«La serendipità è il terreno d’incontro tra il caso e una mente pronta ad accogliere l’inatteso. Questa mente sa che c’è qualcosa da scoprire lungo la strada, anche se spesso non sa cosa sia. Ma sa che c’è, ed è proprio dalla distanza tra il sapere che c’è qualcosa e il non sapere cosa sia che nascono le grandi scoperte scientifiche», dice Telmo Pievani, filosofo della biologia ed evoluzionista presso l’Università degli Studi di Milano e Presidente del Comitato Scientifico di Bergamo Scienza. Lo abbiamo incontrato in occasione della lecture che ha tenuto in chiusura del PhDay Molecular Medicine 2026, l’evento UniSR dedicato alla presentazione dei progetti del Dottorato Internazionale in Molecular Medicine. I dottorandi UniSR organizzano regolarmente occasioni di scambio e di incontro nelle quali invitano personaggi di spicco impegnati nella divulgazione della scienza, come era accaduto anche con Ilaria Capua.

L’importanza di farsi grandi domande

La serendipità è terreno fertile per la ricerca scientifica. Così come i tre principi di Serendippo, pur non avendolo incontrato, sapevano del cammello perché avevano prestato attenzione ai dettagli, anche il fisico britannico Peter Higgs nel 1964 sapeva che doveva esistere un nuovo tipo di bosone, una particella subatomica, che spiegasse l’origine della massa. Solo 48 anni dopo, però, nel 2012, il CERN di Ginevra annunciò di aver trovato il cosiddetto bosone di Higgs, grazie all’acceleratore di particelle LHC protagonista degli esperimenti ATLAS e CMS guidati da Fabiola Gianotti e Guido Tonelli. Lo spazio tra l’ipotesi iniziale - deve esistere una nuova particella che spiega la massa - e il fenomeno osservato - la massa - è stato terreno fecondo per scoprire il bosone di Higgs. La comunità scientifica ha avuto la mente pronta, e la tecnologia adeguata, per andare a guardare proprio in quello spazio ignoto.

«La serendipità germoglia da una domanda ambiziosa, anche se inizialmente orientata a un obiettivo diverso da quello poi raggiunto, che può riguardare sia la ricerca di base che quella traslazionale», dice Pievani, alla guida di un gruppo interdisciplinare dedicato allo studio delle migrazioni della specie umana fuori dall’Africa. «L’80% della ricerca da finanziare secondo me dovrebbe essere low risk, low gain, cioè parte da qualcosa di noto e procede con l’accumulo progressivo di piccole conoscenze, mentre il restante 20% high risk, high gain, cioè dedicata alle domande ambiziose, che presentano un alto rischio iniziale di fallimento».

La serendipità ha molte facce

Esistono diversi tipi di serendipità: c'è, per esempio, quella che fa sì che una ricerca compiuta in un determinato ambito disciplinare produca ricadute in un ambito completamente diverso. Ne è un esempio il moto browniano, il movimento disordinato delle particelle in un liquido. Fu descritto nel 1827 dal botanico scozzese Robert Brown mentre osservava al microscopio del polline in sospensione. Fu però il fisico Albert Einstein, nel 1905, a dimostrare che il moto browniano è la manifestazione più vistosa di un fenomeno microscopico, quale l’urto disordinato delle molecole di fluido sulle particelle sospese dovuto all’agitazione termica.

Altre volte, la serendipità porta a scoperte che rappresentano soluzioni a problemi sconosciuti. «Questo è il mio tipo preferito di serendipità», sottolinea Pievani. Come l’invenzione del vetro di sicurezza infrangibile per opera del chimico francese Edouard Bénédictus, cui un giorno cadde di mano una fiaschetta di vetro. La fiaschetta si crepò, ma non si ruppe. Questo perché la soluzione di nitrato di cellulosa che era presente nella fiaschetta, evaporando, aveva creato sulla parete una sorta di pellicola protettiva, che aveva tenuto insieme il vetro nonostante le crepe. Più tardi, questa innocua osservazione trovò applicazioni nella costruzione dei parabrezza infrangibili nell’industria automobilistica.

Altre volte la serendipità si manifesta quando la domanda iniziale è puramente esplorativa, ma poi porta a scoperte che hanno incredibili applicazioni tecnologiche. È il caso di CRISPR/Cas9.Dapprima studiato come arma di difesa dei batteri contro i virus, negli anni è stato perfezionato come sofisticato sistema di ingegneria genetica grazie al lavoro di Jennifer Doudna ed Emmanuelle Charpentier, premi Nobel per la Chimica nel 2020.

Creare condizioni favorevoli alle scoperte felici e inaspettate

Anche se imprevedibile, la serendipità può essere facilitata da alcune condizioni. Innanzitutto, come detto più sopra, bisogna avere una solida domanda di ricerca iniziale, che può essere anche puramente esplorativa. Negli anni Sessanta, il giovane Osamu Shimomura era un chimico giapponese di stanza all’Università di Princeton, dove il professor Frank Johnson, suo supervisore, gli aveva chiesto di studiare le basi biologiche della bioluminescenza, il fenomeno per cui alcuni organismi “brillano” di luce propria, nella medusa Aequorea.

Shimomura scoprì che in Aequorea la proteina equorina emette una luce blu. Senza aspettarselo, lo scienziato si imbatté anche in un’altra proteina, capace di assorbire quella luce e di riemetterla in verde, conferendo alla medusa la sua caratteristica bioluminescenza.

La nuova proteina fu ribattezzata Green Fluorescent Protein, GFP, ed è oggi usata nei laboratori di tutto il mondo per mettere in evidenza più o meno qualsivoglia processo cellulare. Non era quello che Shimomura, premio Nobel per la Chimica 2008 insieme a Martin Chalfie e Roger Tsien, stava cercando, fu una scoperta inattesa nata, per pura curiosità, da una domanda che voleva solo capire un fenomeno di biologia di base.

L’importanza del contesto e delle competenze

Shimomura non era nuovo alla biochimica delle proteine e alla bioluminescenza. Prima di approdare negli Stati Uniti, si era laureato in chimica organica presso l’Università di Nagoya, dove il professor Yoshimasa Hirata gli aveva chiesto di studiare la struttura della luciferina, un composto organico che permette al crostaceo marino Cypridina hilgendorfii di illuminarsi di blu. Ci vollero 10 mesi solo per estrarre e purificare la luciferina, un composto estremamente instabile, ma alla fine dell’ardua impresa fu così contento che non dormì per tre notti.

Ben prima di dedicarsi alle meduse, quindi, Shimomura aveva passato un po’ di tempo insieme ad animali marini, proteine e bioluminescenza. Pubblicò infine i suoi studi sulla luciferina, attraendo l’attenzione di Johnson e quindi l’invito a Princeton, dove, continuando il lavoro che altri prima di lui avevano avviato, scoprì l’equorina e la GFP. Il resto è storia.

La serendipità non corrisponde dunque al caso, ma è il risultato di più fattori che si incontrano: l'esperienza, lo studio, l'allenamento e la capitalizzazione sulla conoscenza accumulata nei secoli. Deriva dall'astuta osservazione, ovvero dalla capacità di cogliere i dettagli e le deviazioni dai dettagli, come nella fiaba dei principi di Serendippo. Talvolta può scaturire da ciò che il genetista Salvador Luria definiva controlled sloppiness, l'abilità, propria di persone dotate di grande esperienza e ingegno, di saper sbagliare con stile.

Come la tecnologia favorisce la serendipità

La serendipità può infine essere innescata dallo sviluppo di nuove e potenti tecnologie, che permettono di rispondere a domande di ricerca ancora inesplorate.

Tra queste tecnologie, rientra senz’altro l’intelligenza artificiale, la cui forza sta nel saper analizzare velocemente grandi moli di dati da cui estrarre schemi ricorrenti: «A Padova col mio gruppo la usiamo per fare comparazioni tra genoma di Homo sapiens e quello di Neanderthal in venti minuti, un lavoro che prima ci richiedeva almeno sei mesi», dice Pievani. L’intelligenza artificiale permette alla comunità scientifica di avere il tempo e lo spazio mentale di osare esplorare proprio quelle domande ambiziose che innescano la serendipità.

Nel 2018, la scienziata Frances Arnold ha vinto il premio Nobel per la Chimica per aver applicato la teoria della selezione di Darwin agli enzimi in laboratorio. Arnold ha prodotto in laboratorio enzimi “sintetici”, applicando una serie di mutazioni a enzimi esistenti in natura. Mutazione dopo mutazione, test dopo test, la scienziata ha generato un’intera biblioteca di enzimi sintetici che hanno poi trovato applicazione nell’industria farmaceutica, dai vaccini a nuovi farmaci. «Oggi Arnold può fare lo stesso lavoro in tempi più rapidi, grazie all’intelligenza artificiale, che, a partire da una singola proteina, prevede tutte le mutazioni possibili senza bisogno di procedere manualmente in laboratorio», spiega Pievani.

Se l’ignoranza genera conoscenza e innovazione

L’intelligenza artificiale moltiplica le possibilità di esplorazione, che a loro volta moltiplicano le occasioni di trovare qualcosa che non sappiamo e che vale la pena indagare ulteriormente. Nel novembre 2023, DeepMind, l’azienda di Google creatrice di AlphaFold (il software premio Nobel per la Chimica 2024 che predice la struttura delle proteine) ha pubblicato su Nature un paper che esplora tutte le combinazioni possibili di materia inorganica, fisicamente stabile, che ancora non conosciamo. Applicando l’intelligenza artificiale, il gruppo ha calcolato circa 2,2 milioni di possibilità che, in futuro, potrebbero portare alla produzione di materiali che ancora non conosciamo, per risolvere problemi che ancora non ci poniamo.

Ed è in questa ignoranza che risiede il germoglio della serendipità: sapere che c’è qualcosa che non sappiamo. «Non conosciamo esattamente il numero di specie che abitano la Terra, non conosciamo quanti sono gli esopianeti che dimorano nelle galassie lontane. Talvolta, non sappiamo nemmeno quello che non sappiamo ancora, ma è sempre in questo spazio molto ampio della nostra ignoranza che risiedono infinite e meravigliose possibilità di scoperta». Un’ignoranza che genera conoscenza, che genera innovazione, che è un po’ la missione portata avanti da UniSR, innovating through knowledge.

La contaminazione tra discipline per coltivare la serendipità

Telmo Pievani ha iniziato l’università iscrivendosi a fisica, per poi capire che la vita di laboratorio non faceva per lui. Ha proseguito con un corso di laurea ibrido presso l’Università degli Studi di Milano, che al tempo univa un percorso di fisica a uno di filosofia, logica della matematica, epistemologia e studio del metodo scientifico, e quindi è passato alla biologia evoluzionistica a New York. «Oggi quella laurea non esiste più. Chi vuole oggi occuparsi di filosofia della biologia e dell’evoluzione deve seguire il quinquennio classico 3+2 in biologia, biologia molecolare, scienze biologiche o biotecnologie. Successivamente, può seguire master e dottorati di filosofia applicata alla biologia».

La specializzazione in senso verticale della conoscenza è arrivata in tempi relativamente recenti, mentre i primi scienziati moderni spaziavano su più discipline. Galileo era un fisico e un astronomo, ma anche un ineguagliabile scrittore: «Decise di comunicare le sue scoperte scrivendo il Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, un’opera teatrale in volgare, perché queste fossero lette dal maggior numero possibile di persone, tra cui i suoi finanziatori». Newton era un fisico, un filosofo, un alchimista e un teologo; Darwin si divideva tra zoologia, botanica, paleontologia, mentre Edouard Bénédictus, l’inventore del parabrezza infrangibile, non fu solo un chimico, ma anche uno dei più importanti esponenti dell’Art Deco, un movimento artistico nato in Francia tra gli anni Venti e Trenta del Novecento.

«Rispetto al passato, oggi la ricerca è organizzata in grandi consorzi multidisciplinari, come quello che ha portato alla scoperta del bosone di Higgs. Anche i singoli gruppi di ricerca sono sempre più formati da persone con diversi retroterra formativi, nel mio per esempio abbiamo antropologi, biologi, genetisti, paleontologi, io sono l’unico filosofo. La serendipità nasce anche dalla collaborazione interdisciplinare, in cui prospettive differenti si incontrano per rispondere alla stessa ambiziosa domanda iniziale», dice Pievani. La contaminazione tra discipline è peraltro la cifra distintiva di UniSR, dove le tre facoltà di Filosofia, Medicina e Psicologia si incontrano per rispondere alla domanda quid est homo?

Parlare con le balene: la prossima sfida

Il gruppo di Pievani appoggia un consorzio internazionale dedicato alla decifrazione del linguaggio dei cetacei, come balene, megattere e capodogli. L’idea della Cetacean Translation Initiative è usare l’intelligenza artificiale per ricostruire gli schemi ricorrenti che, nell’insieme, formano il linguaggio dei cetacei e osservare se sono associati a comportamenti, emozioni, contesti specifici. «Qui ci fa gioco l’intelligenza artificiale, che è molto utile per riconoscere i pattern dei codici linguistici. Se riusciamo a ricostruirli, il passo successivo sarà usarli per inviare noi esseri umani un messaggio ai cetacei, sempre tramite l’IA», spiega Pievani.

Il progetto ha prodotto interessanti risultati preliminari. Ad esempio, nel caso delle balenottere, alcuni pattern sembrano avere una funzione identitaria, segnalando l'appartenenza a un determinato gruppo legato a una regione del Pacifico. Altri pattern, invece, sembrano avere una componente emozionale legata all'ansia, segno che l'animale sta comunicando qualcosa associato a un proprio stato emotivo interno. «È un progetto rischioso, con un’elevata probabilità di fallimento. Ma se riusciamo, sarebbe la prima volta che la nostra specie comunica con una specie diversa, non con suoni o gesti, ma tramite un codice linguistico condiviso», commenta il professore, che conclude con un invito: «Se aveste la possibilità di porre una sola domanda a una balena, che cosa le chiedereste?».

Chissà se i tre principi di Serendippo l’hanno vista, la balena.

Fonti

– Museo Galileo, «Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo» (1632) – https://www2.museogalileo.it/it/biblioteca-e-istituto-di-ricerca/progetti/incontra-galileo/31-opere/460-dialogo-sopra-i-due-massimi-sistemi-del-mondo-1632.html

– The Nobel Prize, «The Nobel Prize in Chemistry 2008» (GFP – Shimomura, Chalfie, Tsien) – https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2008/summary/

– The Nobel Prize, «The Nobel Prize in Chemistry 2018» (Frances Arnold) – https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2018/summary/

– The Nobel Prize, «The Nobel Prize in Chemistry 2020» (CRISPR/Cas9 – Doudna, Charpentier) – https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/summary/

– The Nobel Prize, «The Nobel Prize in Chemistry 2024» (AlphaFold – Hassabis, Jumper, Baker) – https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2024/summary/

– Merchant, A. et al., «Scaling deep learning for materials discovery», Nature, 2023 (GNoME) – https://www.nature.com/articles/s41586-023-06735-9

– Project CETI (Cetacean Translation Initiative) – https://www.projectceti.org/