dendrite

You are currently browsing the archive for the dendrite category.

The enemy within

8 novembre 2011 in dendrite by Manuel | No comments

Il titolo non è mio, l’ho rubato da un editoriale pubblicato su Nature Medicine qualche tempo fa, mi piacerebbe illustrare bene l’argomento perchè è senz’altro interessante!
Attualmente, circa il 7-8% del nostro genoma è costituito da sequenze di chiara origine retrovirale. Credo sappiate tutti che cosa siano i retrovirus e che conosciate la loro importanza biologica, in ogni caso ho scritto qualche mese fa un articolo interamente dedicato a loro. La capacità di integrare sistematicamente il loro genoma (che da RNA viene retrotrascritto in DNA a doppio filamento) in quello della cellula ospite (grazie ad un ezima particolare chiamato Integrasi), con l’obiettivo di utilizzare i macchinari biosintetici della cellula per replicarsi, ha permesso che pezzi dei loro genomi rimanessero intrappolati negli ospiti e che venissero poi trasmessi di generazione in generazione. Non so se vi rendiate conto, ma l’8% di 3 miliardi di paia di basi (tant’è il nostro genoma) fa una discreta quantità di basi. Considerando poi che il DNA codificante nei mammiferi si aggira attorno al 1,5-2% c’è ben da rimanere meravigliati! Se è molto chiaro il meccanismo attraverso il quale si vengano a creare questi inserti, non è altrettanto chiaro il motivo per cui queste sequenze sono sopravvissute fino a noi, ma questo discorso si infila in una cornice più ampia che riguarda il significato biologico e funzionale di tutto il DNA non codificante, che rappresenta quindi il 98% del DNA umano, alla luce inoltre di numerosi studi che illustrano come nonostante questo DNA non contenga informazioni per sintetizzare proteine, venga comunque trascritto in RNA che costituiscono la cosiddetta materia oscura biologica (Dark Matter).
La struttura genomica di un retrovirus è abbastanza standard, nel virus il genoma è sottoforma di RNA a singolo filamento, ed è presente in doppia copia, quindi sono virus Diploidi. Una volta entrato nella cellula, grazie alla trascrittasi inversa ciascun filamento di RNA viene retrotrascritto in DNA a doppio filamento, ma il processo di retrotrascrizione, che ho descritto nel mio articolo apposito sui retrovirus, determina un’aggiunta di due sequenze terminali identiche chiamate LTR, Long Terminal Repeats. Queste sequenze terminali sono molto importanti, primo perchè determinano la successiva integrazione del genoma virale retrotrascritto (provirus) nel genoma della cellula ospite, grazie ad apposite sequenze riconosciute dall’integrasi, e secondo perchè contengono dei siti di legame per dei fattori di trascrizione cellulari, i fattori di trascrizione (di cui ho già parlato in altri articoli) sono delle proteine che, in genere sotto forma di dimeri, riconoscono sequenze apposite di DNA e favoriscono la trascrizione dei geni a valle di queste sequenze. Quindi le LTR fanno in modo che il genoma virale venga trascritto dagli stessi fattori di trascrizione e dalla stessa RNA polimerasi cellulare. Il problema è che queste LTR potrebbero in qualche modo favorire la trascrizione di geni cellulari oltre che virali, è un evento che per quanto raro non si può escludere. E’ come se si venisse a creare un modello sperimentale come quelli che solitamente i biologi costruiscono artificalmente, ovvero per fare esprimere un gene in un modello biologico (linea cellulare, animale) si associa questo gene ad un promotore cosiddetto forte, ovvero un promotore che è dimostrato funzioni bene in quel particolare modello, se voglio fare esprimere un gene in una linea cellulare epatica, di certo non andrò ad usare un promotore del gene della catena alfa dell’emoglobina perchè so già che è un gene silenziato negli epatociti e quindi non funzionerebbe, mentre protei usare un promotore di un gene che normalmente è espresso come quello della Piruvato chinasi (un enzima espresso in tutte le cellule dell’organismo in quanto indispensabile per la glicolisi). In questo caso abbiamo l’introduzione di un promotore virale, che per necessità dovrà essere un promotore forte, che potrebbe attivare la trascrizione di geni cellulari.
Normalmente tutte le sequenze retrovirali che sono fossilizzate nel nostro genoma non sono attive, anzi sono attivamente represse attraverso le metilazioni della citosina (un marcatore epigenetico che determina la totale inattività della sequenza). E’ possibile però che ci siano delle alterazioni nello stato della metilazione di alcune di queste sequenze e questo provocherebbe la riattivazione di queste LTR. Se queste LTR riattivate dovessero essere in prossimità di geni che favoriscono la proliferazione o sopravvivenza della cellula, i cosiddetti oncogeni, potremmo ritrovarci ad una possibile iniziazione tumorale, con una cellula potenzialmente senza controllo. Inoltre il concetto di prossimità a livello cromosomico è abbastanza relativo, ma proprio a proposito di questo volevo parlarvi di un articolo pubblicato sullo stesso numero dell’editroriale (per il quale l’editoriale è stato scritto), in cui dimostrano che in cellule di una determinata neoplasia, un Linfoma di Hodgkin, era attivata l’espressione in modo costitutivo di un gene, CSF1R (Colony Stimulating Factor 1 Receptor), la cui proteina è un recettore per un fattore di crescita CSF1 che normalmente è espresso a livello delle cellule staminali emopoietiche e che poi viene represso quando le cellule si differenziano nelle cellule del sangue. Infatti mentre le linee cellulari derivate dai campioni tumorali esprimevano sia il recettore che il ligando (In questo modo le cellule tumorali si autostimolano in un modo conosciuto come Loop Autocrino), le linee cellulari non tumorali no. Dimostrato il ruolo oncogenico di CSF1-CSF1R, i ricercatori hanno dimostrato (sequenziando il trascritto di CSF1R) che nel messaggero del gene era inclusa una porzione di 250bp che normalmente dovrebbe stare molto più a monte del gene stesso (6 Kilobasi), questa sequenza allineava con una sequenza retrovirale, che aveva perduto le metilazioni che la inattivavano e quindi aveva iniziato a stimolare l’espressione del gene in questione, e che evidentemente si fondeva con il trascritto per un evento di splicing alternativo.

Ovviamente ho fatto un riassunto molto stringato dell’articolo, consiglio a chi potesse di andarselo a leggere, darò le indicazioni nella bibliografia. In ogni caso credo sia chiaro che cosa significhi l’espressione the enemy within, e credo anche che bisognerebbe riflettere ulteriormente sul significato biologico di queste sequenze retrovirali fossilizzate nel nostro genoma.
Come ulteriore consiglio, suggerisco di leggere anche il mio vecchio articolo sui Virus (e retrovirus) oncogeni, che chiude il quadro della questione.

Se avete domande o qualsiasi altra cosa da dire usate i commenti! Alla prossima.

Mi sono basato su:

Lamprecht et al, “Derepression of an endogenous long terminal repeat activates the CSF1R proto-oncogene in human lymphoma”, Nature Medicine, May 2010;

Michael E Engel & Scott W Hiebert: The enemy within: dormant retroviruses awaken. Nature Medicine, May 2010;

Tags: , , , , , , ,

La fortunata progenie dell’Acido Arachidonico

7 novembre 2011 in dendrite by Manuel | No comments

Il discorso si preannuncia complicato, cercherò di renderlo al meglio! Mi piacerebbe spiegare come, a partire da una determinata molecola si possa generare un sistema di comunicazione intercellulare estremamente raffinato ed importante, sto parlando del sistema di comunicazione paracrino basato sull’Acido Arachidonico.

L’acido arachidonico (AA per gli amici) appartiene alla famglia degli acidi grassi, che non sono degli acidi che hanno bisogno di essere messi a dieta, ma delle molecole costituite da una catena idrocarburica, il cui numero di atomi è variabile (da quattro atomi a trentasei), e alla cui estremità è presente un gruppo acido (COOH). Essendo idrocarburi gli atomi di carbonio sono legati ad atomi di idrogeno, e questo rende la molecola dell’acido grasso quasi totalmente apolare e pertanto idrofobica.  La struttura generale di un acido grasso è questa:

CH3(CH2)nCOOH

Questa è la struttura di base di un acido grasso saturo, ovvero privo di doppi legami. I doppi legami, chiamati anche insaturazioni, conferiscono numerose proprietà chimico-fisiche, basti pensare alla differenza tra una miscela di grassi prevalentemente saturi ed una miscela di grassi prevalentemente insaturi, rispettivamente burro e olio; l’AA è un acido grasso poliinsaturo a 20 atomi di carbonio, quindi che contiene più di un doppio legame e precisamente tra il C5 e il C6, tra il C8 e il C9, tra il C11 e il C12 e tra il C14 e il C15. L’acido arachidonico è presente nelle membrane biologiche, nelle membrane quindi delle nostre cellule, così come molti altri acidi grassi, a formare i fosfolipidi.

L’acido Arachidonico è il precursore di numeroissime molecole che funzionano da importantissimi messaggeri localmente tra una cellula e l’altra.
Come funziona l’AA? Come ho detto, è un acido grasso che è localizzato nelle membrane cellulari. In risposta a particolari stimoli (dopo faremo degli esempi), si attiva un enzima cellulare praticamente ubiquitario chiamato PLA (Fosfolipasi A), questo enzima è attivato da numerosi segnali intracellulari, tra i quali anche l’aumento della concentrazione di Calcio intracellulare (Ca++); il calcio è un secondo messaggero universale e le variazioni delle sue concentrazioni determinano risposte cellulari ben precise. Questo enzima libera l’AA dalle membrane e lo rende disponibile ad altri enzimi cellulari. I due enzimi più importanti sono le Cicloossigenasi e le Lipoossigenasi.
Esistono due isoforme delle Cicloossigenasi (COX), la COX-1 e COX-2, la prima è ubiquitaria, mentre la seconda è inducibile (Pare ci sia anche una terza isoforma, la COX-3, ma alcuni ritengono sia solo una variante della prima). L’azione delle COX è duplice, la prima reazione che catalizzano è quella di ossidare l’AA con due molecole di ossigeno e ottenere un anello a 5 atomi di C; la seconda reazione è una perossidazione del C15 dell’intermedio, e la molecola così ottenuta è la prostaglandina H2, (Per meglio capire cliccare Qui) dalla quale, grazie a numerose enzimi chiamati PG-sintasi otteniamo i Prostanoidi, una serie di molecole dalle azioni più disparate. I derivati dell’AA sono comunque sempre molecole apolari e pertanto potranno diffondere liberamente tra una cellula e l’altra.
Tra i prostanoidi annoveriamo le Prostaglandine (PG), che sono molto importanti nell’infiammazione, la fisiologica risposta dell’organismo a un danno, fisico, chimico o biologico che sia. Durante un evento infiammatorio, infatti, la sintesi di PGs è enormemente aumentata, salvo poi tornare a livelli nulli quando la risposta infiammatoria si spegne. In molti casi favoriscono il reclutamento delle cellule del sistema immunitario nel tessuto infiammato (chemiotassi), aumentano la sensibilità al dolore, regolano la temperatura corporea provocando la febbre. La diversità delle prostaglandine è dovuta alla presenza di numerose prostaglandina-sintasi, che operano in seguito all’attività delle COX. Un esempio di azione delle prostaglandine può essere dato nei casi di asma allergica, dove l’infiammazione del tessuto bronchiale, in seguito all’esposizione a particolari antigeni, provoca la produzione anomala di prostaglandine che determinano la classica broncocostrizione.
E’ noto inoltre che nei tumori solidi (carcinomi e sarcomi) si viene a creare un microambiente tumorale infiammatorio, perchè possiamo ben supporre che la crescita incontrollata delle cellule tumorali, lenta o rapida che sia, rappresenti un danno al tessuto sano. Il sistema immunitario viene così attivato contro questo “danno tissutale” generando così una infiammazione che perdura, che non si viene ad esaurire perchè la stessa causa dell’infiammazione perdura (infiammazione cronica). E’ noto pertanto che in diverse occasioni questo microambiente tumorale infiammatorio possa favorire la crescita stessa del tumore.
Altri prostanoidi sono i trombossani che vengono prodotti a partire dalla PGH2 grazie alle Trombossano sintasi nelle piatrine in risposta ad un danno ai vasi sanguigni. I trombossani favoriscono l’aggregazione piastrinica e attivano la vasocostrizione nel luogo del danno vascolare. E’ quindi chiaro che i trombossani, dervati dall’AA grazie alle COX, hanno un’azione pro-coagulante.

Come forse molti di voi sapranno, gli enzimi COX (1 e 2) sono un bersaglio farmacologico molto importante già da tantissimo tempo. I cosiddetti Farmaci antiinfiammatori non steroidei (FANS in italiano e NSAID in inglese) sono degli inibitori selettivi di una o di entrambe le isoforme. Inibire le COX significa inibire la produzione di prostanoidi determinando quindi uno spegnimento dell’infiammazione qualora questa provochi degli effetti spiacevoli (dolore, febbre, ecc..). Questi farmaci sono tra i più utilizzati comunemente, Ad esempio parlo (principi attivi) dell’Acido acetilsalicilico, dell’Ibuprofene, del Ketoprofene del Nimesulide (commercialmente noti come Aspirina, Moment, Oki, Aulin), utilizzati principlamente come 1) antidolorifici e 2) antinfluenzali. Di questi solo l’aspirina è un inibitore irreversibile. L’irreversibilità dell’azione dell’aspirina è  responsabile degli effetti paralleli del farmaco, che infatti è un fluidificatore del sangue proprio perchè inibisce irreversibilmente la produzione di Trombossani, e visto che le piastrine non sono in grado di sintetizzare enzimi (non hanno nucleo) è necessario aspettare che altre piastrine vengano immesse in circolo (a partire dal loro precursore cellulare, il megacariocita) perchè si riacquisti la capacità di coagulare correttamente. Un altro problema che un uso eccessivo di aspirina, ma in generale di NSAID, può provocare è l’ulcerazione gastrica o intestinale. Alcune prostaglandine infatti hanno un attività gastrica e intestinale di aumentare la produzione di muco protettivo contro gli acidi gastrici, che quindi diminuiscono in seguito al blocco reversibile o irreversibile delle COX.
Diminuendo l’infiammazione, alcuni studi hanno dimostrato che questi farmaci hanno un azione protettiva nei confronti di alcuni tipi di tumore (per i motivi che ho detto prima), da qui però a dire che basta prendere un’aspirina per risolvere il problema ce ne va!
Da diversi anni è in commercio una nuova generazione di COX-inhibitor, che sono altamente specifici per l’isoforma 2, uno di questi il Rofecoxib (Vioxx) prodotto dalla Merck è stato ritirato dal mercato statuintense perchè aumentava (raddoppiava secondo le stime) il rischio di avere infarti o ictus provocando (giustamente) una marea di polemiche sui controlli della FDA (aveva fatto un servzio anche Report anni fa).

Ma all’inizio avevo detto che erano due le vie enzimatiche che l’AA poteva intraprendere, mutualmente esclusive, una era appunto quella delle COX, l’altra era quella della Lipoossigenasi. La 5-Lipossigenasi è un enzima presente nelle cellule del sistema immunitario (le COX sono ubiquitarie). L’azione di questo enzima (perossidare un acido grasso) è quella di creare una serie di derivati che prendono il nome di leucotrieni, anch’essi responsabili di molti processi infiammatori, particolarmente nota è la loro funzione nell’asma, dove assieme ad alcune prostaglandine determina la broncocostrizione, per se siete asmatici durante un attacco non vi conviene prendere un’asprina convinti che in questo modo vi passi tutto perchè le PG smettono di essere prodotte, perchè diminuire l’attività delle COX aumenta l’attività della lipossigenasi con aumento di leucotrieni con un possibile peggioramento.

Spero che questo articolo sia stato interessante. La mia intenzione era quella di mostrare come nel nostro organismo ci siano dei raffinatissimi sistemi di comunicazione cellulare che permettono la coordinazione di numerosi processi, come quelli infiammatori.

 

Tags: , , , , , , , , , , , , , , , , ,

La sezione aurea nel corpo umano

6 novembre 2011 in dendrite by Francesco di Noto Gruppo Eratostene | No comments

Questo post è un estratto della rubrica Oltrebotanica curata da Francesco di Noto (nostro collaboratore del Gruppo Eratostene) e Eugenio Amitrano. Il testo completo può essere reperito qui, mentre nel seguito di questo post sono stati raccolti alcuni spunti particolarmente interessanti. Lo staff di BdL si è permesso di aggiungere qualche link per chi volesse approfondire determinati argomenti. Buona lettura!

Bronzi di Riace - Museo nazionale della Magna Grecia di Reggio Calabria

 

In questo lavoro mostreremo alcune connessioni tra la sezione aurea e corpo umano, in particolare gli aspetti riguardanti l’anatomia, la fisiologia e la patologia.

 Anatomia Aurea

 Nell’anatomia aurea, osserveremo le proporzioni tra le varie parti del corpo umano. “Che proporzioni!” verrebbe istintivo ad un uomo da dire quando osserva una donna molto attraente. Non è un caso, ma le donne più attraenti hanno un rapporto della misura fianchi/vita prossimo al numero aureo. Molti studi hanno dimostrato che la preferenza per le donne con tale rapporto fianchi/vita, non dipende da canoni sociali e culturali ma bensì da fattori di tipo biologico. È l’istinto a ritenere che tale rapporto identifichi nella donna un maggiore equilibrio ormonale e una maggiore fertilità, quindi una maggiore capacità di procreare individui sani e forti. Questo rapporto è stato riscontrato nelle miss elette nei principali concorsi di bellezza, tipo miss America e miss Universo, e persino nelle conigliette di Playboy. Foto di diverse donne sono state mostrate a uomini di tribù amazzoniche, i quali sono privi di ogni forma di condizionamento mediatico, e anche loro gradivano le donne con rapporto fianchi/vita prossimo alla sezione aurea.

Circonferenze per la misura fianchi/vita, e la miss universo Jimena Navarrete con misure 90-60-90

Quindi, il rapporto tra la misura dei fianchi e quello della vita prossimo a 1,618 è un buon indizio di bellezza e salute, molto apprezzato dai maschi della nostra specie e lo accenna anche Mario Livio nel suo libro “L’equazione impossibile”. Si legge a pagina 306 di questo libro:-

“…Nella scelta del partner intervengono anche fattori legati a indicatori di fertilità, risorse, capacità e disponibilità a fornire cure parentali. Gli studi condotti dallo psicologo Davendra Singh, ad esempio, dimostrano che quasi universalmente gli uomini preferiscono le donne con la classica forma a << clessidra >>, caratterizzata da un rapporto vita/fianchi di 0,67. La ragione adattativa di questa preferenza può essere il fatto che, come si è scoperto, questo rapporto è un buon indice di fertilità.”

 Le famose misure “perfette” 90–60–90 delle attrici e delle donne più belle rispecchiano molto bene questa caratteristica, il rapporto 90/60 è uguale a 1,50 che è una buona approssimazione di 1,618. La sezione aurea porterebbe le misure a 97–60–97 presumibilmente ancora più belle (97 /60 = 1,618). Un “disastro” invece apparirebbe, agli occhi dei più, il perfetto contrario 60–97–60, o anche 60–90–60.

Le altre proporzioni auree che nella donna sono importanti per la bellezza le ritroviamo nel volto. Di seguito è illustrata una famosa immagine di volto femminile in cui le sezioni auree sono davvero abbondanti.

Volto di donna considerato da molti “bellissimo”

Provando a dividere le misure indicate con le lettere maiuscole della figura con le rispettive misure indicate con la lettera minuscola (A/a, B/b, C/c, …) otteniamo sempre un valore prossimo alla sezione aurea.

 Come numero aureo, anche il rapporto tra statura e altezza dell’ombelico sembra essere molto diffuso. Nella ricerca della sezione aurea è noto un esperimento in cui a diverse coppie si chiedeva al marito di misurare la statura della moglie, e di dividere tale valore per l’altezza dell’ombelico. Il risultato dell’esperimento mostrò che il valore si avvicinava a 1,618 per tutte le coppie che hanno partecipato all’esperimento. Lo stesso rapporto si misura anche negli uomini e inoltre si ritiene che la posizione corrispondente all’ombelico sia il baricentro del corpo.

Altri famosi rapporti aurei presenti nel corpo umano sono:

  • Lunghezza del braccio e distanza gomito-mano;

  • Distanza anca-malleolo (gamba) e distanza anca-ginocchio

  • Rapporto delle falangi dell’anulare e del medio della mano;

  • Distanza spalle-ombelico e distanza spalle-fronte

Principali rapporti aurei nell'uomo

 

Misura delle falangi del dito medio

 

La sezione aurea nel corpo umano, oltre ad essere apprezzata in maniera istintiva, è un fatto conosciuto da moltissimi secoli, tanto da essere una linea guida nelle rappresentazioni artistiche del corpo umano.

 Ad oggi, le massime rappresentazioni artistiche di perfezione del corpo umano sono per la donna la “Nascita di Venere” di Sandro Botticelli e per l’uomo la rappresentazione a matita di Leonardo Da Vinci raffigurante ”L’uomo Vitruviano”.

Nascita di Venere, Sandro Botticelli

Uomo Vitruviano, Leonardo da Vinci

Fisiologia Aurea

 “Davvero la cosiddetta SEZIONE AUREA non finisce mai di stupire.”, con questa frase viene introdotto un interessantissimo articolo dal titolo “Anche la pressione sanguigna ideale, che assicura longevità, corrisponde al rapporto della sezione aurea.”. (I più interessati possono trovare materiale qui e qui, NdE)

Infatti, sembra proprio così … È piuttosto recente la notizia che una serissima università austriaca ha compiuto uno studio che dimostrerebbe che vive molto più a lungo chi, nella misura della pressione arteriosa sistemica, ha un rapporto tra pressione sistolica (massima) e pressione diastolica (minima) pari a 1,618.

Insomma, per intenderci, sta un gran bene chi fa 74 di minima e 120 di massima oppure chi fa 77 di minima e 125 di massima. Guarda caso il loro rapporto è proprio quel numerino che corrisponde alle proporzioni dell’uomo leonardesco e alle ricerche che, dai pitagorici in poi, hanno portato sino alla dottrina degli gnostici del Rinascimento.

 

Tags: , , , , , ,

Le Magie del Black Lotus

19 ottobre 2011 in dendrite by Luca | 7 comments

Tanto tempo fa mi imbattei in un libro eccezionale, l’autore e’ figlio di un premio nobel per la fisica e, come capita a molti americani, questo condivide col padre non solo il cognome ma anche il nome. Il dialogo che segue vuole essere un tributo ai dialoghi del libro dove, per la prima volta, leggo di Achille e la Tartaruga discutere piacevolmente di arti visive, musica e matematica.

Achille e la Tartaruga passeggiano per l’orto botanico.
A – Sono molto contento che lei mi abbia invitato per questa passeggiata: tutte queste piante mi infondono una gran pace; ci voleva proprio, piacevole come ascoltare in sua compagnia una fuga di Bach.
T – Il piacere e’ mio Achille. Conversare con lei e’ sempre cosi’ stimolante…

Nel dire questo si avvicinano allo stagno dei loti.

A – Guardi come sono belli questi loti Signora T! Resto affascinato nell’osservare come questi fiori cosi’ puri crescano in acque cosi’ torbide; com’e’ mai possibile?
T – La sua e’ una domanda tutt’altro che banale e piu’ d’uno studioso s’e’ rotto il capo cercando di comprendere appieno l’Effetto Loto! Si tratta di un fenomeno di idrorepellenza per cui le gocce d’acqua rotolano sulla superficie del loto portandosi via la sporcizia e lasciando il loto asciutto e pulito.
A – Ah! Sembra una cosa cosi’ complicata: idrorepellenza! Eppure lo so cos’e’. Vuol forse dire che la superficie del loto e’ oleosa come lo sono, ad esempio, le piume dei cigni? Anche loro restano candidi come i loti, pure bazzicando in acque altrettanto sporche.
T – Ecco Achille, l’esempio e’ piuttosto pertinente e, ancora una volta, devo congratularmi con lei. Pero’ c’e’ una differenza notevole fra i due fenomeni: infatti l’idrorepellenza del loto deriva da questioni geometriche.
A – Non posso davvero crederlo signora T! Perfino nell’orto botanico ci ritroviamo a parlare di Euclide?
T – Eheheh! Mi lasci raccontare Achille, questi studi sono successivi ad Euclide di molti secoli: le sto parlando di “Sull’equilibrio di sostanze eterogenee”, un lavoro monumentale per la chimica-fisica in cui, fra l’altro, si introduce il concetto di tensione superficiale che serve, appunto, a spiegare l’Effetto Loto. Pensi, Achille, che l’autore di questo trattato e’ nato lo stesso secolo in cui e’ morto Tchaikovsky, ed in queste due date decine ed unita’ sono invertite fra loro.
A – Ah, so bene di chi parla! Si tratta di un connazionale di Ray Charles e, guardi un po’, anche le loro date di nascita e morte sono legate dalla stessa regola! Signora T. lei sta parlando di Josiah Willard Gibbs, non e’ vero?
T – Esattamente!
A – Le devo confessare che piu’ d’una volta avrei desiderato avventurarmi nel lavoro di Gibbs, proprio perche’ strabiliato dagli effetti visibili della tensione superficiale… Ecco! Guradi proprio qui nello stagno dei loti un piccolo insetto che cammina comodamente sulla superficie dell’acqua. Non dipende forse dalla tensione superficiale?
T – Esattamente!
A – I fenomeni di capillarita’ per cui, ad esempio, l’acqua viene risucchiata all’interno di una spugna, non dipendono anch’essi dalla tensione superficiale?
T – Esattamente!
A – La possibilita’ di realizzare superfici minime grazie all’acqua saponata non dipende anch’essa dalla tensione superficiale?
T – Esattamente!
A – Non posso che ripetermi: strabiliante.
T – Carissimo Achille, ormai conosce bene quanto me il mio artista preferito, M.C. Escher, dunque stavolta vorrei introdurla a Helaman Ferguson. Uno scultore, un artista, anzi un Algorista! Quando torneremo a casa le mostrero’ alcune foto delle sue opere: sa che nel 1999 ha realizzato una superficie minima partendo da un blocco di ghiaccio di venti tonnellate?
A – Strabiliante!

T – Il dettaglio ancor piu’ stupefacente e’ che mentre le sculture in ghiaccio, sciogliendosi, perdono rapidamente la loro forma originale, le sculture di superfici minime mantengono la stessa geometria fino a quando non si sciolgono completamente.
A – Strabiliante! Signora T, non mi tenga sulle spine! Come puo’ una sola proprieta’ fisica generare effetti cosi’ disparati?
T – Lei mi chiede di riassumerle un trattato di oltre 300 pagine! Vede quella goccia che proprio ora rotola via dal loto? Bene Achille, come potrebbe valutare la sua energia?
A – C’e’ l’energia legata alla sua massa, l’energia cinetica e l’energia potenziale…
T – Esatto. Ma esistono altri tipi di energia: quello che interessa a noi e’ di tipo chimico-fisico. Le molecole d’acqua sono attratte le une dalle altre, non solo per via delle loro masse, ma soprattutto per via delle loro cariche elettriche. Quelle all’interno della goccia non subiscono alcuna attrazione essendo spinte ugualmente in tutte le direzioni, ma quelle sulla superficie sono attratte verso l’interno. Questo genera la tensione superficiale.
A – Ah! Credo di capire quello che vuole dire: se un drappello di soldati viene accerchiato da forze soverchianti ci si dispone in modo da presentarsi vulnerabili quanto meno e’ possibile…
T – In questo caso i soldati sono spinti, le molecole della goccia sono tirate; i soldati si dispongono solo in due dimensioni, le molecole d’acqua in tre. Eppure si’ e’ una forte analogia. Mi dica Achille, in che posizione si disporranno i suoi soldati? A falange?
A – Se fossero ben addestrati, forse! Molto piu’ probabilmente si disporranno a disco in modo da minimizzare la superficie di contatto… Oh! Signora T! Forse ho capito! Siccome la sfera e’ il solido con minore superficie a parita’ di volume ecco che una goccia preferisce questa superficie minima, esatto?
T – Complimenti Achille. Ma le superfici minime dell’acqua saponata non contengono alcun volume d’acqua, come la mettiamo?
A – Signora T, lei vuole trarmi in inganno: questo vale per i soldati che vogliono proteggersi l’un l’altro, ma non per l’acqua. L’acqua saponata crea lamine sottilissime e flessibilissime che possono minimizzare, ad esempio, l’area della superficie che ha come bordo due circonferenze nello spazio, poste su piani paralleli, ed allineate in modo che il segmento che congiunge i centri delle due circonferenze risulti perpendicolare ad entrambi i piani su cui giacciono le due circonferenze.
T – Com’e’ rigoroso Achille! Mi ha appena citato il problema capostipite riguardo alle superfici minime! Sa che anche della catenoide ho delle splendide immagini? Realizzazioni in acqua saponata, ovviamente…
A – Dunque ecco spiegate le superfici minime, ma i fenomeni di capillarita’?
T – Dobbiamo rivedere con maggiore dettaglio l’idea che ci samo fatti della tensione superficiale. Supponiamo, Achille, che il drappello di cui parlava non e’ propriamente circondato, piuttosto si trovi con le spalle al muro.
A – Ahi ahi ahi Signora T! Vorrei proprio sapere chi comanda il drappello: evitare di trovarsi spalle al muro e’ uno dei consigli piu’ elementari. Eppure a ben pensarci, forse e’ meglio che essere circondati: vuole dirmi che la tensione superficiale non dipende solo dal liquido ma anche dall’ambiente?
T – Complimenti Achille, intuitivo come sempre! Il valori delle tensioni superficiali dipendono dal liquido e dagli elementi con cui e’ in contatto. Generalmente vi sono due superifici e due tensioni superficiali: una fra l’aria e la goccia, una fra la goccia e la superficie solida su cui e’ poggiata. Se la superficie e’ idrofila, una goccia d’acqua puo’ minimizzare la sua energia avendo una superficie di contatto maggiore con questa.

Proprio in quel momento Achille e la Tartaruga osservano delle ninfee.

A – Non capisco. Se la superficie d’appoggio aumenta, non aumenta anche la superfice libera, quella a contatto con l’aria?
T – Mio caro Achille, lei si fa distrarre da cio’ che vede. Questo e’ certamente vero se la superfice d’appoggio e’ un piano, ma che cosa pensa accadrebbe se la superficie fosse un tubo?
A – Ah! Allora l’acqua potrebbe risalire nel tubo senza aumentare la superfice libera!
T – Questo e’ solo un primo rozzo approccio: nei fenomeni di capillarita’ sono coinvolti anche altri fattori, primo fra tutti possibili differenze di pressione.
A – Eppure, per quanto non sia esaustivo, lascia ben intuire quanto il concetto di tensione superficiale risulti versatile. La tensione superficiale aria-acqua e’ responsabile dei fenomeni legati alle superfici minime: questo perche’ l’acqua a contatto con l’aria puo’ assumere qualunque forma. La competizione fra le tensioni superficiali aria-acqua sostrato-acqua, in determinate condizioni geometriche, e’ co-responsabile dei fenomeni di capillarita’. Mi sembra che ci avviciniamo alla soluzione dell’Effetto Loto, vero Signora T? Suppongo che condizioni geometriche molto specifiche possano scoraggiare l’acqua dall’adesione al sostrato. Se fosse cosi’ ogni gocciolina d’acqua sarebbe una sfera pressocche’ perfetta.
T – Esattamente Achille. E’ quello che succede: ogni goccia rotola via dal loto come una palla su una collina; rotolando raccoglie e porta via con se’ la sporcizia.
A – Sono davvero stupefatto! Eppure non riesco ancora ad immaginare che genere di forma possa causare un simile effetto: avra’ a che fare con la sottile “peluria” del loto, ma come?

T – Achille, lei e’ capace di trovare similitudini cosi’ suggestive e poi se ne scorda nel momento del bisogno! Cosa accadrebbe al suo manipolo se avessero alle spalle, piuttosto che un muro, delle lame affilate?
A – Ora capisco! A livello microscopico il loto e’ estremamente frastagliato e se l’acqua vi aderisse avrebbe una superficie di contatto enorme, molto maggiore di quella apparente.
T – Ecco dunque spiegato il problema… Ed eccone un’altro piu’, piccolo ed insidioso, che lotta per venire a galla!

Achille, intanto, si imbatte in una tela di ragno e ne osserva affascinato le gocce d’aqcua.

A – …Signora T, ha notato che alcune goccioline sono inanellate al filo esattamente lungo il loro diametro, mentre altre non lo sono? Che sia il peso l’unica differenza?
T – Venga Achille, ne parleremo tornando a casa…

Tags: , , , ,

« Older entries