Consiglierei a tutti quando avete tempo di dare un’occhiata a questo video, di cui forse ho anche già parlato, perchè lo trovo bellissimo.

Ode to a flower

E’ in inglese e se può esservi utile riporto la trascrizione che comunque si trova su youtube:

I have a friend who’s an artist and he’s some times taken a view which I don’t agree with very well. He’ll hold up a flower and say, “look how beautiful it is,” and I’ll agree, I think. And he says, “you see, I as an artist can see how beautiful this is, but you as a scientist, oh, take this all apart and it becomes a dull thing.” And I think he’s kind of nutty.

It only adds. I don’t understand how it subtracts.

Sì.. lo so che sotto esami sarebbe meglio concentrarsi sullo studio, ma è più forte di me!

Il titolo di questo post è molto chiaro (o forse no?). Parliamo di materia oscura, ma non la materia oscura dell’universo.. di quella se ne occupano i fisici.. Ma parliamo della materia oscura del genoma. Interessante analogia. Questo, devo dirlo subito, non sarà un post in cui troverete spiegazioni, perchè spiegazioni al momento non ce ne sono, ma solo ipotesi. Questo post più che altro è fatto di domande.

Il genoma è una struttura molto complessa, il cui funzionamento non è del tutto chiaro. Direi anzi che sappiamo pochissimo su come funziona! Dai batteri fino a noi, il genoma ha subito un’evoluzione che l’ha portato, non solo ad ingrandirsi, ma anche ad incorporare sequenze dal significato per ora ignoto.

Qui trovate un elenco di alcuni organismi, dai lieviti fino a noi, ordinati secondo le dimensioni del genoma, espresse in megabasi Mb (1Mb= 10^6 basi).
Una tale differenza di dimesioni non è però linearmente proporzionale nè al numero di geni presenti, nè alla complessità dell’organismo.

E’ chiaro che c’è qualcosa che non va. Qualche calcolo che non torna.  Noi abbiamo circa 30 mila geni, un nematode 19000. un moscerino 13000. Per non parlare della densità genica. La densità genica del lievito è più di 40 volte la nostra.  Perchè questo? Perchè, come dicevo prima, il genoma nel corso dell’evoluzione ha acquisito moltissime sequenze non codificanti, dal significato ignoto, che fino a qualche anno fa veniva chiamato DNA spazzatura (Junk-DNA). Da cosa è composto questo DNA non codificante?

Sequenze regolatrici (promotori, enhancers), introni, sequenze altamente ripetute (satelliti, minisatelliti, microsatelliti), trasposoni (sequenze che si spostano all’interno del genoma), sequenze di origine virale e così via. Il tutto rende il DNA codificante appena l’1.5% di tutto il genoma!
Ci sono diverse teorie al riguardo. Secondo la teoria del gene egoista, questo sarebbe DNA parassita che sfrutta il DNA funzionante per propagarsi; secondo altri rappresenta un meccanismo di difesa: una mutazione ha molte più probabilità di generarsi in queste sequenze non codificanti, che nei geni.

Comunque si credeva che queste sequenze non solo non codificassero per proteine, ma che non venissero neppure trascritte. Del resto non aveva senso che fosse il contrario. La trascrizione è un meccanismo complessissimo, altamente regolato e soprattutto dispendioso dal punto di vista energetico. Non ha senso che vengano trascritte sequenze inutili.
Tuttavia, qualcosa ci deve essere sfuggito, perchè con le moderne tecniche di analisi del trascrittoma (tiling arrays, RNA-seq) si è scoperto proprio quello che non ci saremmo mai aspettati: molte sequenze di RNA si allineano perfettamente con sequenze genomiche non codificanti. Perchè mai, se è inutile, viene trascritto? Forse del tutto inutile non è. Forse abbiamo sbagliato noi, forse dovremmo evitare di chiamare inutile ogni cosa che non sappiamo cosa faccia.
E’ proprio questa la materia oscura a cui fa riferimento il titolo: sequenze di RNA trascritte non codificanti che aspettano ancora di essere classificate.
Ci sono delle ipotesi che tentano di inquadrare questo fenomeno, che ovviamente andranno verificate:

->Artefatti biologici: (per artefatto si intende comunemente errore) ovvero originano da una trascrizione non specifica e a bassa intensità del DNA, e siccome le il DNA non codificante è la maggior parte, la statistica la dice lunga.

->Geni non codificanti: Ci sono prove sperimentali che indicano che questa trascrizione inspiegata sia comunque in parte regolata, e questo suggerisce che i non-coding RNAs abbiano qualche funzione regolativa (del resto sono già noti alla comunità scientifica i micro-RNA e compagnia bella).

->Nuovi geni codificanti: Si ipotizza che ci possano essere dei geni ancora da scoprire e che questi vengano trascritti. Oppure possono essere degli pseudogeni che oramai hanno perso la loro funzione originaria.

Concludo con una nota. E’ normale che con le tecniche di analisi moderne e con il supporto della biologia computazionale le conoscenze che avevamo sul Genoma e sulla biologia in generale vangano stravolte. Semplicemente cambia il modo con cui vengono presi ed analizzati i dati e tutte le cose che prima davamo per certe ora vengono messe in discussione. In fondo tutti i dati che avevamo acquisito prima che le più moderne tecniche venissero messe a punto soffrivano di un grande difetto: il bias; tipico errore che si commette spesso quando si fanno esperimenti andando a cercare ciò che si vuole trovare, ignorando tutto il resto che magari non ci aspettiamo che ci sia e quindi non cerchiamo neppure. E’ normale che si trovassero solo trascritti di geni codificanti perchè non ci saremmo mai aspettati di trovare altro. Del resto le tecniche ancora non permettevano di fare altrimenti.

Se avete domande, suggerimenti, osservazioni critiche, insomma, se volete dire la vostra, non tiratevi indietro!

Scusate per il lungo ritardo! rieccomi qua! questa volta non scriverò nulla… mi limiterò a mettere due video stupendi! davvero davvero meravigliosi! in realtà i due video sono identici.. ma uno dei due ha la spiegazione! Buona visione!

The inner life of the cell

The inner life of the cell II

La spiegazione è in inglese, ma se persino una gnappa come me la capisce vuol dire che è fattibile!
Se volete fare domande, discutere, commentare, ovviamente fatelo! i commenti servono per questo!

Dopo una lunga latitanza, sono qui per consigliare a tutti il libro di Leonard Mlodinow La passeggiata dell’ubriaco. In realtà al problema del randomwalking non è dedicato moltissimo, e sul randomwalking davvero credo si potrebbero scrivere intere enciclopedie (e magari pure un post, che ne dite?), ma si tratta di una piacevolissima carrellata di informazioni, aneddoti ed esempi in merito alle leggi scientifiche del caso. In poche parole si parla di probabilità, di decisioni e di previsioni e soprattutto  delle trappole logiche che sono tese al nostro cervello che ragionando in modo intuitivo ci fa prendere delle cantonate. Un esempio?

Daniel Kahneman e Amos Tvesky, due psicologi, sottoposero a 88 soggetti il seguente profilo:

“Immaginiamo una donna di nome Linda, trentun anni, single, estroversa e molto intelligente, laureata in filosofia. Al college era molto interessata ai temi della discriminazione e della giustizia sociale, e ha partecipato a manifestazioni contro il nucleare. “

A questo punto i due scienziati chiesero a tutti di valutare una serie di affermazioni dando loro un voto tra 1 e 8 in base alla loro probabilità dove 1 rappresenta la certezza e 8 la certezza che non sia vero. Ed ecco i risultati:

• Linda è attiva nel movimento femminista – 2,1
• Linda opera nei servizi sociali psichiatrici – 3,1
• Linda lavora in una libreria e prende lezioni di yoga – 3,3
• Linda fa l’impiegata di banca ed è attiva nel movimento femminista- 4,1
• Linda insegna in una scuola elementare – 5,2
• Linda è iscritta alla Lega delle donne elettrici – 5,4
• Linda fa l’impiegata in banca – 6,2
• Linda fa l’assicuratrice – 6,4″

A questo punto è interessante isolare tre di queste affermazioni:

• Linda è attiva nel movimento femminista – 2,1
• Linda fa l’impiegata di banca ed è attiva nel movimento femminista – 4,1
• Linda fa l’impiegata in banca – 6,2

Non c’è qualcosa di strano? Un matematico direbbe che i punteggi sono quantomeno sospetti. Infatti la terza affermazione include anche la seconda però è meno probabile! Tutto ciò è assurdo: infatti nell’insieme delle impiegate di banca c’è un sottoinsieme  che raccoglie le impiegate di banca attive nel movimento femminista. Kanheman e Tvesky riproposero questo esperimento più volte e lo affinarono ulteriormente. Una delle versioni è particolarmente interessante: i soggetti in questo caso erano 36 laureati a cui era stato esplicitamente detto di tenere conto, durante la scelta, della prima legge della probabilità che afferma , per l’appunto, che  la probabilità che due eventi accadano non può mai essere maggiore della probabilità che ciascun evento accada separatamente. Eppure la maggioranza degli intervistati continuò a rispondere in modo analogo.

E questo è soltanto un esempio: negli anni ‘60 un’altra trappola mise in crisi la comunità matematica degli Stati Uniti.

Nel libro troverete molti di questi esempi , condenditi con un po’ di storia e folclore matematico, proposti come sfide al lettore, e ciò rende la lettura molto godibile, a patto che si abbia già masticato un po’ di probabilità (ma proprio poca).  Curiosando sul web ho infatti trovato pareri di lettori che trovavano certi “salti” del testo piuttosto ostici e in effetti a volte conviene approfondire un po’ per poter capire veramente alcuni discorsi. Tuttavia questo libro ha il pregio di dare una panoramica abbastanza ampia e di fornire tanti spunti di riflessione e non è da poco. E’ inoltre veramente una lettura piacevole, perciò lo consiglio a tutti!

Ultimamente si è visto in giro questo buffo omino di neve di cui potete trovare l’articolo originale e il video introduttivo qui. Siccome mi è sembrato molto carino ho pensato di pubblicarlo anche su BdL, anche se non ho molto da aggiungere rispetto ai link!

Nel 1960 la NASA invitò James Lovelock ai laboratori di Pasadena affinchè  sfruttasse le proprie conoscenze di chimico dell’atmosfera per aiutare l’ente spaziale a progettare gli strumenti necessari per identificare la presenza di forme di vita su pianeti diversi dalla Terra (in particolare il progetto era per Marte). Lovelock sosteneva che anche soltanto analizzando la composizione chimica dell’atmosfera di un pianeta doveva essere possibile capire se fosse abitato o meno e in effetti un confronto tra l’atmosfera marziana e quella terrestre metteva in evidenza la forte presenza di ossigeno e metano per il nostro pianeta mentre sul pianeta rosso vi era grande quantità di anidride carbonica, ma poco ossigeno (si suppone infatti che l’ossigeno in grandi quantità presente nella nostra atmosfera derivi proprio dai primi organismi viventi che lo emettevano come sostanza di scarto).

Lovelock suppose che l’atmosfera marziana si trovasse in uno stato di equilibrio mentre quella della Terra fosse mantenuta in un altro stato  da una serie di reazioni chimiche legate alla presenza di organismi viventi. Successivamente questa teoria venne ampliata e assunse un carattere più drastico secondo cui gli organismi viventi regolano l’atmosfera: era nata l’ipotesi Gaia.

Gaia fu definita dai suoi creatori (James Lovelock e Dian Hitchcock) come un’entità complessa che include atmosfera, biosfera, oceani e i suoli del nostro pianeta. Tutti questi enti sono legati da relazioni di interdipendenza e costituiscono una rete di feedback che garantisce un certo equilibrio di tutto il sistema.

Nel 1983 venne formulato un modello di come queste interazioni potessero avvenire: si trattava di uno schema molto semplice che cercava di relazionare la temperatura media del pianeta con il tipo di vegetazione presente. Era nato Daisyworld.

Daisyworld è un pianeta fittizio, dotato di atmosfera trasparente e libero da nubi e gas serra (perlomeno nel modello più semplice). E’ piatto (nessun continente e nessun oceano) e non presenta un asse inclinato perciò nessuna forma di stagionalità. Gli esseri viventi presenti sono soltanto vegetali e sono due tipi di margherite: ve ne sono una specie bianca e una nera.

Il parametro che verrà fatto variare sarà la luminosità del Sole (rispetto a quella attuale). Le diverse specie di margherite avranno, data la loro differenza cromatica, differenti valori di albedo che potremmo fissare, ad esempio a 0.25 per le margherite scure, 0.75 per quelle bianche e 0.50 sarà il valore di riferimento del terreno spoglio. Perciò della luce incidente le margherite nere rifletteranno il 25% e ne assorbiranno il 75%.

Nel grafico in alto possiamo vedere il tipo di pianta presente per una determinata luminosità solare, mentre in quello in basso la temperatura media. E' importante notare la differenza tra quest'ultimo grafico e la linea tratteggiata che rappresenta l'andamento lineare che si avrebbe in assenza di vegetazione.

All’inizio della simulazione supponiamo che il nostro pianeta sia troppo freddo per ospitare la vita perciò il terreno è del tutto spoglio, tuttavia man mano che la luminosità del Sole aumenta inizieranno a fiorire margherite nere (favorite rispetto alle bianche per la loro capacità di assorbire molta energia solare e non morire per la troppo poca luminosità) che mano mano occuperanno tutta la superficie del pianeta. A questo punto si innescherà un meccanismo di feedback che aumenterà molto la temperatura del pianeta (il 75% dell’energia viene assorbita e noi stiamo continuando ad aumentare la luminosità del Sole, ricordiamoci!).

Pertanto una buona parte della margherite nere non riuscirà più a sopravvivere e saranno le margherite bianche ad avere la meglio. Ma se aumenta la superficie coperta da margherite bianche aumenta anche l’albedo terrestre perciò la temperatura diminuisce. Si raggiunge pertanto il meccanismo di autoregolazione che Lovelock voleva dimostrare agli scienziati suoi contemporanei. Chiaramente questo meccanismo non funziona all’infinito: infatti se aumentiamo ulteriormente la luminosità il sistema collassa perchè le margherite bianche non riescono a mantenere la temperatura del pianeta abbastanza bassa e piano piano muoiono.

Questo modello, anche se molto semplice e decisamente irreale, può essere utile per schematizzare le interazioni tra clima e biosfera. Inoltre successivamente ci sono stati ulteriori studi su modelli come questo che sono stati arricchiti ad esempio dalla presenza di erbivori e di predatori di diversi tipi, con preferenza verso diversi tipi di margherite e diversi tipi di erbivori associati a certi tipi di piante, oppure considerando una parte del globo coperta da un oceano ad albedo costante, etc…

Per chi volesse curiosare un po’ ancora in questo mondo fittizio è possibile vederne una simulazione oppure leggerne di più. Per chi invece volesse cimentarsi nello scriverne una simulazione (e intendo farlo anche io) consiglio questo schema riassuntivo molto conciso.

Con questo post so di rischiare la radiazione dal blog perchè è di stampo più filosofico che scientifico, ma mi sembrava interessante proporre questo spunto di riflessione.
Ieri sul pullman ho discusso con la mia amica Takiko della reintroduzione di un particolare tipo di coccodrillo nel suo ambiente naturale da cui si era ormai estinto. Lei mi ha giustamente detto:”Ma se la natura lo ha portato all’estinzione, perchè hanno deciso di reintrodurlo?”. E’ una saggia domanda a cui si cerca ancora di dare una risposta. Casualmente oggi a lezione abbiamo parlato dello stesso problema, riferito però alle piante. Anche in questo caso un mio collega ha detto:”L’evoluzione va avanti e gli organismi non adatti si estinguono”. Il ragionamento non fa una piega, ma ci sono alcune obiezioni che possono essere sollevate. Innanzitutto, come facciamo a sapere se questi organismi si estinguono perchè la natura vuole così, o perchè noi abbiamo alterato talmente tanto il loro habitat da portarli all’estinzione? Oppure, se quella specie si estingue, siamo sicuri che non dia origine a un effetto farfalla causando un’alterazione irreversibile dell’intero ecosistema in cui vive? Ma quell’organismo che si estingue non era in qualche modo a noi utile? Per esempio, proviamo a pensare a quale danno enorme causerebbe la perdita del grano, che consumiamo regolarmente. Allora bisogna conservare solo le specie che “servono” all’uomo? E una specie che non ha un effettivo utilizzo ma che attira tanti turisti la devo conservare? E come la mettiamo con il grande valore attribuito alla biodiversità? E’ giusto attribuirle così tanto valore?
…meditiamo, gente, meditiamo.

Inizialmente ero titubante: da ammiratrice decisa di I trent’anni che sconvolsero la fisica ( di George Gamow) non ero molto sicura che leggere un altro resoconto storico e “personale” della storia della meccanica quantistica potesse appassionarmi. Tuttavia il riferimento al Faust e soprattutto alla parodia di tale opera e la copertina accattivante hanno avuto la meglio.  Vorrei quindi condividere con voi qualche impressione e discuterne con chi l’avesse eventualmente letto.

La vicenda racconta le vite e le scoperte (più le prime che non le seconde) di alcuni importanti fisici vissuti nella prima metà del XX secolo i cui nomi sono più (Heisenberg, Dirac, etc…) o meno (Lise Meitner su tutti) noti a chiunque si sia occupato anche soltanto un po’ di meccanica quantistica. Particolare attenzione è dedicata alle relazioni che c’erano tra questi illustri personaggi e alle loro differenti personalità: saranno proprio le loro caratteristiche peculiari che verranno sottolineate nella parodia al Faust scritta nel 1932  da uno di loro, Max Delbrück.

In prima fila da sinistra: Bohr, Dirac, Heisenberg, Ehrenfest, Delbruck e Meitner. I personaggi della prima fila sono i protagonisti, insieme a Pauli e Gamow, di "Faust a Copenhagen"

Al di là delle vicende biografiche dei protagonisti (peraltro molto interessanti e spesso poco note) si ripercorre la vicenda che ha portato alla formulazione di Copenhagen della meccanica quantistica e alla fondazione della fisica nucleare nonchè alle vicissitudini di quella che diventerà anche casa del lettore: Blegdamsvej.

Blegdamsvej 17, la "dimora" della meccanica quantistica

Tutto questo è molto ben descritto: quando ho chiuso il libro mi era sembrato di aver passato davvero un paio di giorni nel famoso istituto e di aver conosciuto almeno un po’ queste grandi personalità.

Si tratta, però, principalmente di un libro di storia della fisica, perciò di meccanica quantistica vera e propria si legge relativamente poco, perciò se si vuole scegliere un primo libro da leggere su questa meravigliosa teoria e il suo sviluppo consiglierei piuttosto I trent’anni che sconvolsero la fisica , mentre a chi preferisce le storie e La Storia raccomando Faust a Copenhagen. Inoltre non  sarebbe stata male in appendice una versione in italiano della famosa parodia a cui si fa riferimento in quasi ogni pagina, ma, a  parte questi piccoli commenti pignoli, si tratta sicuramente di una lettura molto coinvolgente ed appassionante.

Sicuramente l’avrete già visto spuntare nei link laterali delle BdL, però volevo dare maggiore visibilità a questo blog. In realtà non c’è molto da aggiungere oltre a quanto Lisa scrive nell’About se non che è veramente una lettura interessante anche per i non-biologi (oltre che imperdibile per gli addetti ai lavori). Il titolo si ispira al libro di Dawkins L’orologiaio cieco di cui si è già parlato e i toni sono quelli di una conversazione con un amico (o un’amica). Insomma … nel caso non si fosse capito…è caldamente consigliato :-)