Leggere i DVD con gli occhi dei crostacei

Le cellule degli occhi degli stomatopodi sono più efficienti dei dispositivi artificiali poiché funzionano bene a tutte le lunghezze d'onda e non solo a una ben definita frequenza.

Le incredibili caratteristiche degli occhi di un crostaceo marino potrebbero inspirare una nuova generazione di dispositivi di lettura di DVD e CD, stando a quanto riferiscono sulla rivista Nature Photonics alcuni ricercatori dell'Università di Bristol.

Gli animali dell'ordine degli stomatopodi a cui si riferisce lo studio vivono nella Grande barriera corallina australiana e possiedono l'apparato visivo più complesso finora mai descritto. Essi possono infatti vedere in 12 colori e distinguere tra differenti stati di polarizzazione della luce.

Speciali cellule fotosensibili agiscono infatti come lamine a quarto d'onda, dispositivi ottici in grado di far ruotare il piano di polarizzazione di una radiazione luminosa che li attraversa, e consentono agli stomatopodi di convertire la luce a polarizzazione lineare in luce a polarizzazione circolare e viceversa.

Nuove prospettive tecnologiche si aprono al mondo dell'elettronica tenuto conto che le lamine a quarto d'onda artificiali sono una componente essenziale dei lettori di CD e DVD, così come dei filtri ottici polarizzatori. Questi dispositivi artificiali hanno però l'inconveniente di funzionare bene su una ben definita lunghezza d'onda, mentre il meccanismo osservato negli stomatopodi è praticamente costante su tutto lo spettro elettromagnetico, dall'ultravioletto all'infrarosso.

Non è ancora chiaro, in ogni caso, per quale motivo gli stomatopodi posseggano un simile apparato visivo. Secondo le attuali conoscenze, distinguere la polarizzazione della luce serve in genere ad alcune specie animali per trasmissione di segnali sessuali o non rilevabili dai predatori. Negli animali marini, inoltre, consente di migliorare la visione in acqua.

"Uno degli aspetti sorprendenti è che una struttura così semplice dell'apparato, che comprende membrane cellulari disposte in forme tubolari, supera in funzionalità i dispositivi sintetici”, ha spiegato Nicholas Roberts, coautore dello studio. Capire come funziona potrebbe consentire di realizzare dispositivi a cristalli liquidi in grado di riprodurre le proprietà delle cellule dell'occhio degli stomatopodi.”

Gli effetti a lungo termine delle amfetamine

La sperimentazione sui topi ha permesso di riscontrare un deficit di memoria di lavoro anche a distanza di tempo, specie se la somministrazione avviene in età adolescenziale

Il rapporto tra l’abuso di droghe e sostanze psicotrope ed effetti neuropsicologici è un tema studiato da lungo tempo. L’ultima ricerca in ordine di tempo, effettuata su topi di laboratorio, riguarda le amfetamine e ha mostrato come l’esposizione a tali sostanze in alte dosi determini, molto tempo dopo, un significativo deficit di memoria.

A soffrirne, in particolare, è la cosiddetta memoria a breve termine o “di lavoro”, soprattutto se le amfetamine vengono somministrate agli animali nel corso dell’adolescenza, piuttosto che in età adulta.

“L’effetto è evidente quando si confrontano i due gruppi di topi, quelli esposti alle sostanze in adolescenza e quelli esposti in età adulta, in alcuni compiti che richiedono l’uso della memoria di lavoro: a parità di dosi somministrate, i primi ottengono risultati decisamente peggiori”, ha spiegato Joshua Gulley, docente di psicologia dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign, nel corso della presentazione dei risultati dello studio all’annuale congresso della Society for Neuroscience, tenutosi a Chicago. “Ciò ci porta a ipotizzare che la capacità di memoria di lavoro possa essere alterata in modo significativo dalla pre-esposizione alle amfetamine.”

Nel corso della ricerca, gli studiosi hanno testato due tipi di somministrazione di amfetamine: intermittente, con una dose costante un giorno su due, e progressiva, con dosi aumentate per un periodo di quattro giorni seguite da una dose elevata ogni due ore al quinto giorno.

I risultati mostrano così le conseguenze a lungo termine dell’abuso di amfetamine, che è possibile ipotizzare che si manifestino anche nell’uomo e che potrebbero essere rilevanti sia nei soggetti che le assumono a scopo terapeutico (come nel caso dei piccoli pazienti affetti da deficit di attenzione e iperattività. ADHD) sia - e soprattutto - nei giovani che ne fanno un uso incontrollato.

"L’adolescenza è un periodo in cui il cervello è in continuo sviluppo, e assumere amfetamine in un momento così critico potrebbe avere conseguenze negative a lungo termine”, ha concluso Gulley. “Il dato preoccupante è proprio che gli effetti si fanno sentire anche una volta interrotta l’assunzione della sostanza”.

20 DVD in un chip

Il successo della ricerca è dovuto a un’innovativa tecnica di dopaggio selettivo, grazie al quale è possibile aggiungere in modo controllato particelle di nichel a un substrato di ossido di magnesio in modo che i cluster di non superino i 10 nanometri quadrati

Gli ingegneri della North Carolina State University hanno realizzato un nuovo materiale che permetterebbe di costruire un chip per computer delle dimensioni di un’unghia che permetterebbe di memorizzare l’equivalente di 20 DVD ad alta definizione o 250 milioni di pagine di testo, superando di gran lunga la capacità degli attuali sistemi di memorizzazione digitale.

Come ha avuto modo di spiegare Jagdish “Jay” Narayan, docente di Scienza e ingegneria dei materiali e direttore del National Science Foundation Center for Advanced Materials and Smart Structures della NC State, il successo è dovuto a un’innovativa tecnica di dopaggio selettivo, grazie al quale è possibile aggiungere in modo controllato le impurità al materiale di base.

A livello nanometrico, infatti, si è riusciti ad aggiungere particelle di nichel a un substrato di ossido di magnesio in modo così preciso che il materiale risultante contiene cluster di atomi di nichel di non più di 10 nanometri quadrati, con una riduzione del 90 per cento rispetto alle attuali tecniche di dopaggio.

“Invece di ottenere un chip da 20 gigabyte di dati, si potrebbe raggiungere addirittura un terabyte, circa 50 volte di più”, ha commentato Narayan, che firma l’articolo “The Synthesis and Magnetic Properties of a Nanostructured Ni-MgO System”, sulla rivista "JOM", organo ufficiale della Minerals, Metals and Materials Society.

Ma l’immagazzinamento dati non è l’unico campo di possibili applicazioni: introducendo proprietà metalliche nella ceramica, è possibile sviluppare una nuova generazione di motori a combustione interna che potrebbero raggiungere economie di consumo inimmaginabili con i materiali convenzionali.

E poiché ne risulterebbe migliorata anche la conducibilità termica del materiale, la tecnica potrebbe trovare applicazione nello sfruttamento di fonti di energia alternative, in particolare nella costruzione di pannelli fotovoltaici.

Uno spray nasale per la memoria

L'interleuchina-6, una molecola del sistema immunitario finora considerata un sottoprodotto dei processi infiammatori, ha mostrato la capacità di influire sulle capacità cognitive

Quando somministrata attraverso uno spray nasale, una molecola del sistema immunitario, l'interleuchina-6 (IL-6), è in grado di aiutare il cervello nella formazione della memoria procedurale ed emotiva nel corso del sonno REM. A scoprirlo è stato un gruppo di ricercatori del Dipartimento di neuroendocrinologia dell'Università di Lubecca che firma un articolo in proposito su "The FASEB Journal", organo della Federazione americana delle societè di biologia sperimentale.

"Dormire per ricordare, un sogno o realtà?", dice Lisa Marshall, uno degli autori della ricerca. "In questo lavoro forniamo la prima prova che il segnale immuno-regolatore interleuchina-6 ha un ruolo benefico nella formazione della memoria a lungo termine legata al sonno."

Per fare la scoperta, Marshall e colleghi hanno arruolato 17 giovani adulti perché dormissero nel loro laboratorio due notti. In entrambe le occasioni, dopo aver letto un breve racconto emotivamente coinvolgente o neutro, ai soggetti veniva spruzzato nelle narici uno spray che conteneva o interleuchina-6 o un placebo. Il loro sonno veniva successivamente monitorato per tutta la notte. La mattina successiva tutti i partecipanti dovevano redigere una lista di tutte le parole del racconto che riuscivano a ricordare. E' risultato che quelli che avevano ricevuto la somministrazione di IL-6 riuscivano più brillantemente nel compito.

"Se uno spray nasale può migliorare la memoria, forse siamo sulla strada per dare una spruzzata di buon senso ad alcune persone, magari per accettare la realtà dell'evoluzione"; ha scherzosamente commentato Gerald Weissmann, responsabile editoriale di "The FASEB Journal". "Questo è un esaltante esempio di scienza interdisciplinare, dato che IL-6 era stata precedentemente considerata un sottoprodotto dei processi infiammatori, e non un fattore in grado di influire sulle capacità cognitive."

I Nobel per la medicina o la fisiologia

"Per la scoperta di come i cromosomi sono protetti dai telomeri e dall'enzima telomerasi", i Nobel per la medicina o la fisiologia sono stati assegnati quast'anno a Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider e Jack W. Szostak.

I telomeri, sono sottostrutture del DNA poste all'estremità dei cromosomi che favoriscono la stabilità genetica e hanno un ruolo molto importante nell'invecchiamento cellulare e nelle malattie. I telomeri si accorciano naturalmente a ogni replicazione cellulare, e la loro lunghezza può servire per determinare l'età biologica dell'organismo: quando essi sono troppo corti, la cellula smette di replicarsi e va incontro all'apoptosi.

La telomerasi è un enzima che che è in grado di aggiungere ripetute copie di brevi sequenze di DNA ai telomeri. La telomerasi è attiva in cellule che si devono riprodurre frequentemente, come quelle staminali embrionali, ma nelle cellule adulte normali è quasi sempre disattivata per evitare il rischio di una pericolosa deriva proliferativa della cellula.

Le cellule cancerose sono caratterizzate dalla capacità di riattivare la telomerasi, e ciò consente a esse di riprodursi indefinitamente, e di raggiungere una sorta di "immortalità".

La scoperta dei telomeri e della telomerasi ha significative implicazioni per lo sviluppo di trattamenti che combattano l'invecchiamento e le malattie a esso correlate. Trovando il modo di riattivare la telomerasi in condizioni controllate - per evitare appunto il rischio di tumori - sarebbe possibile infatti indurre alcune cellule a riprendere a dividersi, così da produrre tessuti più giovani e sani.

Jack W. Szostak, nato a Londra, in Gran Bretagna nel 1952, è cresciuto in Canada, dove ha studiato alla McGill University a Montreal, per poi passare alla Cornell University a Ithaca, New York. Ricercatore presso la Harvard Medical School fino al 1979, da quell'anno lavora e insegna al Massachusetts General Hospital a Boston. Fa anche parte dello Howard Hughes Medical Institute.

Sul numero di novembre di "Le Scienze" apparirà un articolo proprio di Szostak sull'origine della vita sulla Terra, in cui spiega come da studi sulla materia inanimata arrivano nuovi indizi sull¹origine dei primi organismi

Per "Le Scienze" Jack W. Szostak in precedenza aveva già scritto, con Andrew W. Murray, Cromosomi artificiali (in «Le Scienze», n. 233, gennaio 1988): In origine l'ingegneria genetica si limitava alla manipolazione di singoli geni, mentre oggi gli stessi procedimenti permettono di produrre interi cromosomi artificiali dei quali è possibile studiare il comportamento.

Elizabeth H. Blackburn, che ha cittadinanza sia statunitense che australiana, è nata nel 1948 a Hobart, in Tasmania. Laureatasi all'Università di Melbourne, si è specializzata presso l'Università di Cambridge, in Gran Bretagna, e quindi alla Yale University. Già docente all'Università della California a Berkeley, dal 1990 insegna all'Università della California a San Francisco.

Carol W. Greider, nata nel 1961 a San Diego, in California , ha studiato prima all'Università della California a Santa Barbara e poi a Berkeley. Già ricercatrice al Cold Spring Harbor Laboratory, dal 1997 insegna alla Johns Hopkins University School of Medicine a Baltimora.

Petrolio dalla sabbia

Lo sfruttamento sicuro dei depositi delle sabbie bitumose dipende dalla messa a punto di metodi sostenibili per separare questi inquinanti.

Microbiologi della Università dell'Essex, nel Regno Unito, hanno utilizzato alcuni microrganismi per scindere e rimuovere composti tossici del petrolio greggio dalle sabbie bitumose. Questi composti acidogeni rimangono nell'ambiente dissolvendosi in circa 10 anni.

Il nuovo metodo, presentato da Richard Johnson, nel corso del convegno della Society for General Microbiology, in corso presso la Heriot-Watt University di Edinburgo, utilizza infatti una miscela di batteri che degradano completamente alcuni specifici composti in soli pochi giorni.

I depositi di sabbia bitumosa contengono la più ampia riserva di petrolio del pianeta e i produttori stanno pensando di sfruttarli a fini commerciali, tenuto conto anche della futura scarsità del greggio ricavato con le estrazioni convenzionali. Tuttavia, il processo di estrazione dalla sabbia produce alte concentrazioni di prodotti di scarto tossici.

I più tossici di tali composti sono le miscele di acidi naftenifici che si degradano molto difficilmente e persistono come inquinanti nell'acqua utilizzata per estrarre petrolio e bitume dalla sabbia, che viene raccolta in ampi bacini.

Uno dei problemi sottolineati da questo come da altri lavori è che il numero e le dimensioni di questi bacini contenenti quantità letali di acidi naftenici sta crescendo quotidianamente e si stima esista circa un miliardo di metri cubi di acqua contaminata nella sola località di Athabasca, in Canada.

Lo sfruttamento sicuro dei depositi delle sabbie bitumose dipende dalla messa a punto di metodi sostenibili per separare questi inquinanti.

"La struttura chimica degli acidi naftenici che abbiamo studiato è varia", ha commentato Johnson. "Alcuni di essi hanno più bracci laterali rispetto ad altri: i microbi possono scindere le varietà con pochi bracci molto velocemente mentre gli acidi naftenici più complessi non si scindono completamente. Stiamo ora mettendo insieme vari approcci di biorisanamento per rimuovere in modo efficace tutti gli acidi naftenici dall'ambiente."

Alla ricerca di forme di vita "esotica"

Un gruppo internazionale di ricerca sta studiando la possibilità che solventi diversi dall'acqua possano permettere lo sviluppo di forme di vita alternative a quelle possibili in un ambiente planetario di tipo terrestre.

Allo European Planetary Science Congress appena conclusosi a Potsdam, in Germania, un gruppo di ricerca coordinato da Maria Firneis e Johannes Leitner dell'Università di Vienna ha presentato le linee di un progetto per l'identificazione di marcatori biologici relativi a possibili forme di vita esotiche su altri pianeti, ossia forme di vita che non sfruttino come solvente vitale l'acqua.

Attualmente i pianeti che possono ospitare la vita vengono cercati all'interno di quella che è considerata la zona abitabile attorno alla loro stella e l'attenzione si appunta su quelli dotati di un'atmosfera in cui siano presenti biossido di carbonio, vapore acqueo e azoto, e sulla cui superficie potrebbe esserci acqua allo stato liquido. Quindi si va alla ricerca di marcatori che potrebbero essere prodotti dal metabolismo di forme di vita simili a quelle che ospita il nostro pianeta, per le quali l'acqua funge da solvente e i mattoni costitutivi sono rappresentati dagli amminoacidi formati sostanzialmente da atomi di carbonio e ossigeno. Queste tuttavia, osservano i ricercatori, non è affatto detto che siano le uniche condizioni in cui possa svilupparsi la vita.

“E' tempo di fare un radicale cambiamento nella nostra concezione geocentrica della vita”, ha dichiarato Leitner. “Anche se questo è il solo tipo di vita che conosciamo, non si può escludere che da qualche parte si siano evolute forme di vita che non siano in rapporto né con l'acqua né con un metabolismo basato sul carbonio e sull'ossigeno.”

Una delle condizioni necessarie a sostenere la vita è che il solvente resti liquido per un ampia gamma di temperature: ciò vale per l'acqua fra 0°C e 100°C, ma esistono altri solventi che permangono allo stato liquido a più di 200 °C. Solventi simili potrebbero formare oceani anche su pianeti che ben più vicini alla loro stella di quanto si possa supporre in base alla definizione di zona abitabile basata sulle condizioni terrestri.

Ma potrebbe presentarsi anche la situazione opposta: un oceano di ammoniaca liquida può esistere a distanze superiori a quella tipica della zona abitabile per forme di vita di tipo terrestre; e parte della superficie di Titano è occupata da oceani di metano ed etano.

Il gruppo di ricerca, che ha base a Vienna, ma collabora con diversi centri internazionali, sta così studiando le proprietà di un'ampia gamma di solveti differenti dall'acqua per individuare la loro eventuale capacità di originare e far evolvere forme di vita alternative.