Un nautilo fotografato nel mare della Micronesia

Proprio questa sua conchiglia può interessare scienziati e curiosi per diversi motivi: il primo è che si tratta di una struttura di tipo isometrico. Cosa vuol dire? Per capirlo può essere utile studiare come si forma la conchiglia. Il cefalopode la costruisce durante la sua crescita in modo che la forma della camera rimanga sempre uguale pur aumentando di dimensioni. Durante la crescita dell’animale la conchiglia stessa cresce e periodicamente il nautilo sigilla la camera precedente. Il risultato è la serie di scomparti che la rende così particolare.

Sezione della conchiglia di un nautilo

Su questa forma particolare ci sono moltissime osservazioni da fare: ne propongo qualcuna e se ne conoscete altre l’invito è …commentate abbondantemente!

Come accennato in precedenza: è un oggetto che è costruito tramite trasformazioni
lineari (similitudini, o omotetie. Una delle definizioni di omotetia in geometria (e in algebra lineare) la descrive come una corrispondenza biunivoca che preserva le forme. Ora, senza scendere in dettagli algebrici (spazi metrici euclidei e non e altri universi interessantissimi), ciò significa soltanto che la forma è la stessa: le dimensioni in gioco vengono moltiplicate per uno stesso fattore. Non è molto diverso come meccanismo da quello che si fa quando si vuole ingrandire un’immagine: se ingrandite una foto e lo fate bene la forma del soggetto non verrà modificata: si tratta di una trasformazione isometrica. Le camere della conchiglia del nautilo sono il risultato di tante trasformazioni isometriche in sequenza in ognuna delle quali le dimensioni aumentano del 6.3% circa.

Cartesio nel 1638 si era proprio occupato di questa proprietà, ma l’aveva studiata da un altro punto di vista chiamandola spirale equiangolare (ogni retta passante per l’origine la interseca infatti producendo sempre lo stesso angolo) o logaritmica, che si distingue da quella archimedea per il fatto che le distanze fra i bracci aumentano secondo una progressione geometrica mentre in quella archimedea hanno un valore costante.

Più recentemente la proprietà di autosomiglianza ha fatto supporre che questo oggetto (naturale e geometrico) sia una struttura di tipo frattale. Un frattale può essere infatti definito come un oggetto geometrico che si ripete allo stesso modo in scale diverse: è quindi caratterizzato dall’autosomiglianza e dalla ricorsività: proprietà che il nostro mollusco costruendo la sua conchiglia rispetta.

Tuttavia il nautilo non è una struttura matematica, non è soltanto una forma: è un organismo vivente che nasce, si muove, si riproduce e muore nel mondo fisico, in particolare nelle profondità oceaniche. Anche come “piccolo sommergibile” questo animale ha molto da insegnarci: il cefalopode infatti si immerge a grandi profondità usando la propria conchiglia come cassa di immersione. Le camere sigillate (anche se non del tutto, è infatti presente un piccolo foro utilizzato per aumentare o diminuire il galleggiamento aggiungendo o diminuendo gas) sono piene di gas che mantiene una pressione simile a quella atmosferica, qualcosa di simile alle camere di immersione pressurizzate. Negli studi ingegneristici e fluidodinamici fatti per i sommergibili si è osservato che in casse fatte dello stesso materiale e della stessa forma mantengono invariato il carico di rottura a patto che lo spessore delle pareti vari proporzionalmente alle dimensioni della camera.  E se si osserva attentamente lo spessore delle diverse camere della conchiglia del nautilo si nota che lo spessore aumenta proprio in questo modo.

Fossili di ammonite

Dal punto di vista evolutivo è anche molto interessante (anche se qui dovrei lasciar scrivere chi ne sa più di me) ed è considerato un fossile vivente in quanto i fossili indicano che negli ultimi 500 milioni di anni questo animale è cambiato molto poco. I suoi adattamenti all’ambiente, si può quindi pensare, sono stati tali da renderlo un predatore adatto a sopravvivere a molti cambiamenti nell’ecosistema e nelle sue prede (prevalentemente gamberetti). (In realtà vi sono diversi tipi di nautili, ma sono tutti piuttosto simili, per la tassonomia rimando a wikipedia).

Si ringrazia hronir per la tempestiva segnalazione di un errore (grosso)

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Il numero di agosto di National Geographic Italia contiene un interessante articolo, corredato di fotografie sui cosiddetti blue holes. Si tratta di ecosistemi unici e interessantissimi dal punto di vista scientifico eppure pressochè sconosciuti. I blue holes sono cavità di forma vagamente circolare che possono trovarsi in mare aperto o anche sulla terraferma e il loro nome deriva dal profondo contrasto che si osserva tra il buco vero e proprio e l’azzurro molto chiaro che lo circonda.

Si trovano in diverse parti del mondo: Belize, Bahamas e Mar Rosso e vengono studiati da moltissimi scienziati di diversi rami. Non si tratta infatti di ecosistemi marini nel vero senso della parola: la circolazione con l’esterno e il rimescolamento verticale sono scarsissimi e l’ambiente, al di sotto di una certa profondità, è quasi del tutto anossico. Ciò accade perchè queste specie di pozzi naturali contengono acqua salata e acqua dolce: la seconda però è più leggera e tende a formare una pellicola (spessa metri) tra l’acqua salata e l’atmosfera. L’acqua salata rimane praticamente priva di ossigeno ricreando condizioni molto simili a quelle che si osservavano negli oceani primordiali: i fondi dei blue holes sono infatti popolati da batteri particolari che suggeriscono ai paleontologi come fosse la vita sulla Terra ancora priva di ossigeno e agli esobiologi come potrebbe essere quella su altri pianeti con diversa atmosfera. Tuttavia il contributo di questi luoghi non è limitato a questo (e sarebbe già molto): sono una miniera di biodiversità (in ogni blue hole ci sono differenti specie di batteri), enciclopedie paleoclimatologiche (le stalattiti e stalagmiti che crescono nelle grotte secondarie conservano tracce dei cambiamenti climatici dalle ere glaciali a oggi) e conservano fossili e reperti antichi in ottime condizioni (proprio perchè questo ambiente è anossico).E’ però facile anche immaginare le difficoltà che ci sono per raccogliere campioni in un contesto simile: oltre a quelle che possiamo intuire esistono ad esempio all’interno dei blue holes “nuvole” di acido solfidrico (altamente velenoso) prodotto dalle colonie batteriche e da altre reazioni che ivi si verificano. Inoltre, purtroppo, come molti altri ecosistemi interessanti, sono considerati a rischio: infatti alcuni di essi vengono usati come discariche e l’innalzamento del livello del mare minaccia il loro delicato equilibrio (immissione di acqua salata dall’alto rimescolerebbe l’intero blue hole distruggendo la particolare stratificazione chimica). Oltre a un grande lavoro di ricerca questi luoghi straordinari ne richiedono anche uno altrettanto importante di conservazione: c’è da darsi da fare!

Nel post precedente ho accennato a come la definizione che noi abbiamo di gene sia stata più volte modificata e rivoluzionata nel tempo. Volevo dedicare questo articolo alla storia del gene, alla sua scoperta e all’evoluzione del concetto che noi abbiamo di esso fino ai nostri giorni.
Nel 2003, il National Human Genome Research Institute ha iniziato un progetto volto a definire ed identificare ogni elemento funzionale presente nel nostro genoma. I risultati sono stati pubblicati su Nature in un articolo di 18 pagine dal titolo “Identification and analysis of functional elements in 1% of the Human Genome by the ENCODE pilot project”.
Ma prima, volevo tornare indietro nel tempo. Fino a quando? Fino alla seconda metà dell’800, quando due grandi lavori, indipendenti l’uno dall’altro, ipotizzarono l’esistenza di fattori che determinavano i caratteri di un individuo (oggi diremmo il fenotipo) e che questi erano ereditabili di generazione in generazione con delle modalità in parte prevedibili. Questi fattori erano discreti. Ovviamente sto parlando dei lavori di Mendel prima e Darwin poi. Questi lavori sono stati fatti con un’ottica completamente diversa: il lavoro di Mendel era un lavoro da genetista, quello di Darwin è ovviamente un lavoro sull’evoluzione. Non si sapeva ancora nulla sulla natura di questi fattori, e nulla si sarebbe saputo per molti anni ancora.
Sempre in questa metà di secolo, attorno al 1880 un biologo tedesco, Walther Flemming, scoprì i cromosomi (corpi colorati) come entità che si trasmettevano dalla cellula madre alle cellule figlie in egual numero. Sempre in questi anni vennero effettuati anche studi sulla fecondazione e sulla meiosi.
Ma ancora nulla si sapeva delle unità ereditabili, né si sapeva dove fossero né di cosa fossero costituite. Nel 1903 il biologo americano Walter Sutton ipotizzò che fossero i cromosomi i portatori fisici delle unità ereditarie e che questi caratteri ereditari esistono in coppie, così come in coppie esistono i cromosomi.
Pochi anni dopo il grande genetista americano Morgan spiegò il fenomeno della ricombinazione genetica e spiegò in questo modo i meccanismi dell’ereditarietà. Non solo, in base alla frequenza di ricombinazione riuscì anche a disegnare una mappa genetica, fissando in questo modo all’interno dei cromosomi i geni. Fino allora i geni, iniziavano già a chiamarsi così, erano stati piuttosto astratti, nessuno ne aveva mai visto uno, si sapeva che esistevano ma nulla di più. Morgan diede loro una posizione specifica e misurò anche le distanze tra un gene e l’altro (di questo ho parlato nell’articolo “Knock out”, nella parte scritta in corsivo; se vi interessa potete andarvela a leggere). Questa posizione venne chiamata Locus. I geni quindi esistevano, erano localizzati sui cromosomi in posizione fisse e venivano ereditati da una generazione all’altra. Ma ancora molto doveva essere scoperto. Tanto per cominciare erano davvero i geni a trasportare l’informazione? Sembrava di sì, ma mancava la prova fondamentale. Come erano organizzati questi geni? Qual’era la loro natura?
Quando si andò ad analizzare la natura dei cromosomi si scoprì che erano costituiti da due componenti, una chiamata nucleina e l’altra erano le proteine. La composizione della nucleina era innanzitutto di natura acida, e poi aveva una struttura decisamente molto più semplice rispetto alle proteine. Da qui nacque una disputa durata diversi decenni che vedeva contrapposti chi credeva che fosse la nucleina la responsabile della trasmissione ereditaria dei caratteri e chi invece le proteine. Questa disputa finì nel 1944 quando l’americano Avery, in uno degli esperimenti più importanti della biologia molecolare, dimostrò che era la nucleina la sostanza portatrice dell’informazione, in quanto, se estratta da batteri patogeni, era la sola in grado di “trasformare” dei batteri non patogeni in patogeni, anche a bassissime concentrazioni. Stranamente i risultati di Avery non destarono lo scalpore che ci si sarebbe atteso.
Sempre negli anni quaranta del secolo scorso nacque la famosa idea che ciascun gene dia origine ad uno specifico enzima.
Infine, negli anni 50 venne finalmente scoperta la struttura molecolare della nucleina, o DNA, da esperimenti sulla diffrazione di raggi X dagli arcinoti Watson e Crick.
Ora si avevano in mano importanti informazioni: I geni sono delle unità discrete costituite di DNA e localizzate in posizioni fisse sui cromosomi. Sono i responsabili della trasmissione ereditaria dei caratteri e ciascuno di loro contiene l’informazione per costruire una proteina.
Si iniziò a studiare il codice genetico, come cioè dal linguaggio dei quattro nucleotidi A, T, C e G si potesse arrivare al linguaggio delle proteine, costituite di amminoacidi. Si scoprì inoltre che tra il DNA e la proteina c’era un intermediario, l’RNA messaggero. Sono gli anni 60, gli anni del dogma centrale della biologia molecolare che enunciava che l’informazione passava dal DNA, all’RNA e quindi alle proteine. Attraverso un sistema di codifica ben determinato. Questo dogma ebbe vita breve con la scoperta dei retrovirus.
La definizione “un gene una proteina” però iniziava ad andare stretta già in quegli anni, perchè alcuni geni davano origine a degli RNA che però non venivano tradotti in proteine, ma davano origine ai ribosomi e agli RNA transfer.
Negli anni settanta si iniziò a scoprire come i geni erano organizzati e come venivano espressi e letti. Si iniziò quindi a definire gene una sequenza funzionale compresa tra un codone di inizio ed uno di fine. Una cosiddetta ORF, una open reading frame. Il concetto di open reading frame si basa sul fatto che i geni vengono letti a gruppi di tre nucleotidi, o codoni, ciascuno dei quali codifica per un amminoacido. Perciò una sequenza:

CATGCCAATTAGCTAA

Può essere letta: CAT-GCC-AAT-TAG-CTA-A… oppure ..C-ATG-CCA-ATT-AGC-TAA , oppure ancora: ..CA-TGC-CAA-TTA-GCT-AA.. Ci si ferma qua perchè slittando di un altro nucleotide ancora si finisce nel primo caso.
Siccome la seconda lettura possiede un ATG e un TAA che sono rispettivamente il codone di inizio e uno dei codoni di fine, molto probabilmente è la lettura giusta. Da notare che non ci sono solo questi tre modi per leggere una sequenza, ma ci sono anche i rispettivi per leggere la sequenza complementare. Per questo si dice che una sequenza si può leggere in sei modi diversi.
Contemporaneamente si sviluppavano degli algoritmi per predire se una sequenza potesse essere o meno una ORF. L’inizio della bioinformatica.
La definizione di gene dovette essere ancora cambiata in seguito alla scoperta degli esoni e degli introni e dello splicing alternativo (leggersi l’inizio dell’articolo precedente). La ORF non era più continua, ma interrotta dagli introni e inoltre poteva dare origine a proteine diverse. Diciamo che si potrebbe dire un gene molte proteine. Ma comunque sarebbe scorretto, perchè per proteina si intende un prodotto funzionale, mentre spesso i geni codificano per delle subunità di una proteina, che da sole non hanno alcuna funzione. Quindi si potrebbe correggere con un gene (o ORF) codifica una serie di prodotti funzionali, proteine o RNA. Una definzione di gene che tenga conto di questa realtà è “un locus di esoni cotrascritti”
Veniamo ai giorni nostri. Attualmente si tende a definire un gene in base alla sua sequenza. una definizione potrebbe essere, in lingua originale  “a locatable region of genomic sequence, corresponding to a unit of inheritance, which is associated with regulatory regions, transcribed regions and/or other functional sequence regions” Traducibile con “una regione localizzabile della sequenza genomica, corrispondente ad un’unità ereditaria che è associata a regioni regolatrici, a regioni trascrivibili e/o altre sequenze funzionali” (Pearson 2006).
Con questa definizione tuttavia si hanno dei problemi. Infatti, sebbene nessuna definizione prima d’ora enunciata parlasse delle sequenze regolatrici, includerle nella definizione potrebbe essere problematico, visto che molte sequenze regolatrici sono estremamente distanti dalla regione codificante. In questo modo si avrebbe un’idea di gene “diluita” nel genoma e non compatta in un singolo locus.
Un altro problema che si fa avanti è la scoperta che in moltissimi casi i geni sono sovrapposti, dividono cioè la stessa sequenza di DNA, ma posseggono diverse reading frame.  Sono geni letti in maniera sfalsata, quindi.
Come vedete, non esiste una definizione di Gene che sia completamente senza problemi.
Ma veniamo, finalmente, al famoso ENCODE project, di cui parlavao all’inizio. Siamo finalmente arrivati alle ultime battute. Questo progetto aveva lo scopo di definire ed identificare ogni elemento funzionale presente nel nostro genoma. Cosa hanno ottenuto?
Innanzitutto, se per funzionale si intende che viene trascritto, una grande quantità di trascritti provenienti da regioni non identificate prima come geni è stata rivelata. Di questo problema mi sono occupato diffusamente nell’articolo “Dark Matter”, materia oscura, perchè di questo si tratta. Trascritti di cui non riusciamo a dare una spiegazione funzionale.
Inoltre, in contrasto con la definizione di gene come unità fisica definita nello spazio e separata dagli altri tende a cadere sia in base alla scoperta dei geni sovrapposti, sia perchè in questo modo si formano delle ampie regioni genomiche in cui sono raggruppati molti geni sovrapposti senza possibilità di definire una regione genica ed intergenica con sicurezza.
Insomma, sembra quasi che, ad un secolo e mezzo di distanza la definizione di Gene non possa più rispondere ai recenti (più o meno) sviluppi delle biologia molecolare. I ricercatori del ENCODE-project hanno provato a scendere a compromessi e hanno provato a definire un gene così:

“The gene is a union of genomic sequences encoding a coherent
set of potentially overlapping functional products.”

Il gene è un unione di sequenze genomiche codificanti un set coerente di prodotti funzionali potenzialmente sovrapposti.
Sembra una definizione abbastanza semplice, tuttosommato. Io mi aspettavo qualcosa di più complesso, ma sembra funzionare lo stesso. è Semplice, concisa e lineare. A volte le cose semplici sono le più corrette.
Vediamo se funziona:
-in caso di geni continui, la definizione si riduce alla classica definizione di gene che sappiamo: una sequenza di DNA che codifica per un prodotto funzionale, RNA o proteina.
-Per i geni discontinui e/o sovrapposti funziona, perchè è considerato come unione di sequenze codificanti che possono anche essere sovrapposte.
-Anche lo splicing alternativo sembra essere spiegato, in quanto parla di prodotti finali, quindi possono essere anche molteplici.
-Le regioni regolatrici non sono incluse nella definizione. Qui secondo me è stata una scelta. Se fossero state incluse però, avrebbero complicato ulteriormente la questione.

Riconosco che è una questione davvero complicata. Alcune cose non sono chiare nemmeno a me. Comunque la mia intenzione era quella di darvi un’idea di come le cose siano andate complicandosi sempre di più. Ma credo sia proprio questo il bello! alla prossima.

Per scrivere questo articolo mi sono basato in parte sul seguente articolo: “Mark B. Gerstein, Can Bruce, Joel S. Rozowsky, et al., What is a gene, post-ENCODE? History and updated definition, Genome Res, 2007 17: 669-681″

Sono tempi difficili per il settore dell’energie tradizionali. Due devastanti incidenti nel settore petrolifero (dopo il disastro del Golfo del Messico si è verificato pochi giorni fa un altro grave incidente in Cina) hanno ulteriormente messo in cattiva luce questo settore dell’industria mai come forse dai tempi della Exxon-Valdez, messo in dubbio. Oltre a questo la notizia che viene da Bruxelles potrebbe mettere la parola fine ad un altro settore dell’energia tra i più tradizionali e antichi: il carbone, fratellone del petrolio nella famiglia “Energia”. Joaquin Almunia, commissario europeo per la concorrenza, ha infatti proposto il taglio degli aiuti comunitari al più tradizionale settore dell’energia, quello su cui si basò la nascita nel 1951 a Parigi della Comunità del Carbone e dell’Acciaio (CECA), la nonna dell’odierna Comunità Europea.

Che il business del carbone europeo fosse un barone tutt’altro che rampante era noto ai più, ma che questo nobile decaduto abbia, dal 2003 al 2008, succhiato dalle casse europee la bellezza di circa 26 miliardi di Euro in aiuti è cosa abbastanza sorprendente per diversi motivi. Il primo di questi, e forse il più noto a tutti, é la sua poca modernità. Il carbone infatti è tra tutte le materie prime usate per produrre energia elettrica quella più vecchia e soprattutto meno pulita. In un contesto di radicale, e forse epocale, cambiamento e riorientamento a tecnologie più recenti e meno inquinanti, pagare 26 miliardi di euro per tenere in piedi questo vecchio carrozzone inquinante lascia abbastanza perplessi. Il carbone infatti ha due grossi problemi a livello d’inquinamento: le elevate emissioni collegate al suo consumo (l’uso del carbone libera una grande quantità di anidride carbonica) e alla sua estrazione a cui è anche collegato un’importante degrado ambientale nonché un elevato costo di vite umane sia direttamente – tra gli incidenti più frequenti ci sono proprio quelli nelle miniere di carbone che una volta in Belgio, noi italiani dovremmo avere ancora memoria dell’8 Agosto ’56, Marcinelle, ora in Cina, Russia e Ucraina soprattutto costano la vita ogni anno a centinaia di minatori – che indirettamente – i minatori sono tra le categorie di lavoratori che presentano il più alto tasso di tumori soprattutto all’apparato respiratorio.

In secondo luogo, parlando di soldi, il settore del carbone europeo è tutt’altro che competitivo nei mercati mondiali. I tempi in cui Belgio e Germania fondavano parte della loro ricchezza su questa risorsa sono oramai lontani. Attualmente infatti i due più grandi esportatori mondiali di carbone sono Australia e Indonesia che esportano in gran parte in Asia dove paesi come Giappone, Corea del Sud e Taiwan divorano da soli più del 54% delle importazioni totali nel Sol Levante che corrispondono all’esorbitante cifra del 70% sul totale mondiale.  Il primo paese europeo come importazioni è la Germania con un piccolo 7% da cui però ricava circa il 40% dell’energia elettrica. Non sorprende quindi la freddezza con il quale Angela Merkel ha accolto la notizia. Curioso tra l’altro perché la Germania è tra i paesi europei che più ha investito sul binomio pulito-rinnovabile.

C’è poi un altro fattore di non poco conto: la competitività. Il carbone infatti fino a non poco tempo fa era il combustibile fossile più economico. Usare il carbone costava poco e quindi conveniva. Tuttavia ora questo primato è condiviso, chiaramente qui dipende da paese a paese, con i gas che in più hanno una minor ricaduta sull’ambiente. I grandi operatori energetici per questo motivo hanno sempre più investito sui gas. Questo si è verificato soprattutto in europa dove il gas ha con il tempo sottratto molto mercato al carbone.

Per la gloriosa industria del carbone europea si prospetta quindi un fosco futuro, escludendo forse Polonia e, in piccola parte, Serbia, paesi che nel carbone potrebbero trovare un’ulteriore risorsa alla crescita economica che le ha investite da qualche anno, è ipotizzabile una progressiva chiusura delle poche miniere rimaste attive. Che si tratti di pensionamento anticipato o eutanasia industriale non ha molta importanza, chiaro invece come, anche dopo i recenti problemi economici che hanno interessato buona parte dei paesi dell’Unione, raggranellare qualche miliardo di euro privilegiando più efficenti e pulite risorse energetiche non sia una scelta poi così discutibile quantomeno per noi europei.

Buongiorno professor Provenzale, immagino che avrà seguito con grande interesse gli eventi del meeting di Copenhagen, come considera i risultati raggiunti dall’evento? E si aspettava qualcosa di diverso?

La Conferenza della Convenzione Quadro delle Nazioni Unite sui Cambiamenti Climatici (UNFCCC) è stata ampiamente pubblicizzata come un momento epocale per affrontare la sfida posta dai cambiamenti climatici, con la presenza di un grande numero di partecipanti e di Capi di Stato e di Governo, in rappresentanza dei Paesi responsabili a livello mondiale di una larghissima frazione del PIL, della popolazione e delle emissioni di gas serra. Il risultato raggiunto è stato inferiore alle aspettative, ma credo che rappresenti comunque un passo avanti. La politica internazionale ha seguito la strada che era realistico attendersi: il problema del cambiamento climatico è molto complesso da un punto di vista scientifico, le proiezioni climatiche sono tuttora affette da significativi margini di incertezza e la sfida posta dai cambiamenti climatici mette in gioco interessi diversi e spesso contrastanti. In definitiva implica una ridefinizione del tipo di sviluppo della nostra società, da un modello orientato alla crescita senza limiti ad uno orientato alla sostenibilità. Per questo sarebbe ingenuo pensare che, come d’incanto, tutto si possa risolvere senza contrasti e in pochi giorni.

L’aspetto incoraggiante è che, contrariamente a quanto avvenuto nel recente passato, la politica a livello globale ha preso coscienza del problema climatico e sperabilmente continuerà ad occuparsene. Credo che sia importante l’accresciuta attenzione per il ruolo degli aerosol (polveri sottili), specialmente quelli carboniosi, responsabili di una parte non trascurabile del riscaldamento in atto. Politiche di abbattimento delle emissioni di aerosol carboniosi possono avere effetti positivi sia sulla qualità dell’aria (e quindi sulla salute) che sul contenimento temporaneo dell’aumento di temperatura, e sono forse meno complesse da mettere in atto rispetto alla riduzione delle emissioni di gas serra.

Uno degli argomenti che ha fatto più scalpore al summit è stato quello del climate gate, lo scandalo, o presunto tale, dei consigli che diversi climatologi si scambiavano su come rendere più drammatici i risultati delle loro ricerche in ambito climatico “truccandone” i risultati. Che ne pensa lei, che della comunità scientifica fa parte, di questa faccenda? Una manovra politica per screditare il sistema oppure un’abitudine poco lodevole di qualche scienziato poco onesto?

La vicenda dei “messaggi rubati” dal centro inglese è decisamente spiacevole, anche se credo che in definitiva i casi di manipolazione dei dati siano stati estremamente limitati. Personalmente, ho trovato anche molto tristi i messaggi in cui la dialettica scientifica lascia il posto all’insulto e all’astio personale. Questa storia mostra chiaramente il livello di scontro e di tensione raggiunto da alcuni ricercatori, sottoposti spesso ad estenuanti tour de force da parte di “scettici del clima” di professione, addestrati a svolgere un ruolo da disturbatori e guastatori. Con questo, le eventuali manipolazioni non sono giustificabili a nessun livello e per nessun motivo e i responsabili ne stanno pagando le conseguenze. Secondo me, il risultato peggiore di tutto ciò è aver dato l’impressione, spesso esagerata ad arte da alcuni media, che la ricerca scientifica non sia altro che un gioco delle parti di tipo politico. L’errore grave commesso da alcuni ricercatori esasperati non deve diventare una scusa per buttare a mare le importanti e oggettive indicazioni che ci sono fornite dalle attività di ricerca scientifica.

Ma alla luce di quanto accaduto secondo lei le stime fatte dall’IPCC riguardo gli scenari correlati all’incremento delle temperature devono esser rivalutate o restano comunque affidabili e credibili?

Il quadro generale del riscaldamento globale è sostenuto da talmente tante evidenze sperimentali ed empiriche che risulta affidabile “al di là di ogni ragionevole dubbio”. Basti pensare alla fusione dei ghiacciai montani, all’aumento in tutte le regioni del mondo dell’acqua di fusione, alla riduzione del ghiaccio marino e delle calotte glaciali artiche, all’aumento del livello marino e a tutti gli altri dati sperimentali che confermano il riscaldamento in corso. Non credo che nessun ricercatore possa mettere in dubbio il sostanziale riscaldamento avvenuto negli ultimi cento anni. Diverso è il discorso su alcuni aspetti e risultati specifici, che in alcuni casi l’IPCC ha riportato in modo errato – basti pensare alla previsione della data di sparizione dei ghiacciai Himalayani. Mentre il quadro generale è chiaro, le sue implicazioni specifiche sono, in alcuni casi, ancora affette da significativi margini di incertezza.

Conoscerà sicuramente B. Lomborg, lo statistico danese che è forse la voce più importante tra i detrattori di Kyoto e che propone di dirottare le risorse economiche destinate a Kyoto a settori come la ricerca su tecnologie a bassa emissione, e di passare dall’idea di contrastare il riscaldamento globale a quella di adattarvisi, cosa ne pensa? Sono suggerimenti accettabili e intelligenti o solo “fumo negli occhi”?

L’adattamento è assolutamente necessario. Anche se dovessimo interrompere subito le emissioni di gas serra e aerosol (cosa abbastanza impensabile), l’inerzia del sistema climatico è tale che la temperatura continuerebbe comunque a crescere. Quindi, l’adattamento a condizioni più calde è fondamentale. Ma l’adattamento non basta: oltre un certo limite di aumento di temperatura (indicativamente posto a 2 °C in più rispetto all’epoca pre-industriale, ovvero circa 1.2 °C rispetto ad oggi), i costi dell’adattamento diventano così alti da rischiare di essere insostenibili, e comunque tendono a diventare maggiori dei costi delle strategie di mitigazione basate sulla riduzione di emissioni di aerosol e gas serra.

Ma davvero, come molti pensano, il riscaldamento globale è il più importante problema per l’umanità? Non ci sono problematiche di maggiore priorità e di più facile soluzione come l’eradicazione di malattie come malaria e tubercolosi che ogni anno provocano centinaia di migliaia di morti, oppure la crisi idrica di molti paesi che oltre a rendere insostenibili le condizioni di vita ne blocca alla base ogni possibile sviluppo? Non le sembra che il riscaldamento globale sia visto quasi alla stregua di una soluzione finale per tutti i mali del mondo?

Dipende dalla prospettiva. Per un rifugiato in un campo profughi, il cambiamento climatico non è così importante. Ma se l’aumento del livello del mare rischia di rendere inabitabili alcune isole, per gli abitanti di quei posti il problema è serio. Inoltre, un aumento delle temperature è probabilmente causa di una maggiore espansione di malattie e di condizioni di potenziale siccità in ampie aree della Terra. Un inaridimento severo del Nord Africa avrebbe conseguenze disastrose sull’Africa e sull’Europa, con migrazioni di massa e innesco di instabilità sociali… Naturalmente, non tutte le conseguenze sono negative: inverni più miti alle medie latitudini comportano una minore incidenza di malattie cardiovascolari. Ma anche una maggiore sopravvivenza di parassiti durante l’inverno. E se gli inverni sono più miti, anche le estati sono probabilmente più calde. Per esempio, le proiezioni dei modelli climatici indicano che in uno scenario di riscaldamento globale ci si deve aspettare una probabilità molto maggiore di estati siccitose (come nel 2003) in Francia e in Italia del nord.

Il riscaldamento globale non è l’unico problema che dobbiamo affrontare, e certamente la mitigazione del riscaldamento globale non è la soluzione di tutti i mali e non deve diventare un alibi per non affrontare gli altri problemi, anche ambientali, che incombono. Tuttavia, l’aumento delle temperature in molti casi peggiora anche gli altri aspetti, e quindi è un problema che va affrontato. E’ la prima volta che l’umanità compie un esperimento di modifica ambientale a scala globale, e non è detto che il risultato sia un’ambiente più piacevole per la nostra sopravvivenza.

Un ultima domanda: una delle obiezioni più forti mosse a tutta la teoria del riscaldamento globale è che il clima non sia costante nel tempo. Non pensa che tutti gli scenari sulle conseguenze del riscaldamento globale siano orientati ad un catastrofismo forzato? Se nel passato, con società molto meno evolute a livello tecnologico, l’umanità è sopravvissuta, perché dovrebbe andare crisi proprio ora?

Il clima della Terra varia di continuo, ed è sempre variato. Negli ultimi 200 anni, oltre alle cause naturali si è aggiunto l’aumento dei gas serra atmosferici, in seguito alle attività umane legate all’industrializzazione, al massiccio uso di combustibili fossili e al rapido aumento della popolazione. L’effetto diretto, radiativo, dei gas serra è facilmente calcolabile. Più difficile invece è quantificare gli effetti dei meccanismi di amplificazione innescati dall’aumento della temperatura (per esempio, l’aumento della concentrazione di vapor d’acqua e le modifiche nella copertura nuvolosa e nella risposta della vegetazione). Si ritiene che il riscaldamento in atto oggi sia un fenomeno nuovo rispetto a quanto avvenuto nell’ultimo migliaio di anni, e forse anche più. Il Medioevo è stato un periodo caldo, ma la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che le temperature siano state comunque inferiori rispetto a quelle odierne, e che il cosiddetto “optimum” medioevale sia stato un evento circoscritto ad un’area geografica, come lo fu anche la piccola era glaciale fra il 1650 e il 1850 circa.

Certamente 60 milioni di anni fa la Terra era molto più calda di quanto lo sia adesso, ma allora non c’erano nè gli esseri umani nè la loro civiltà complessa. Pochi esseri umani con vita nomadica possono sopravvivere a forti cambiamenti climatici (siamo passati attraverso l’ultimo periodo glaciale e la deglaciazione, per esempio), ma una civiltà complessa e caratterizzata da grandi infrastrutture fisse (città, industrie, agricoltura, confini nazionali…) è molto meno resistente al cambiamento di una tribù di cacciatori-raccoglitori. Oggi, un innalzamento della temperatura media della superficie terrestre di qualche grado non segnerebbe certamente la fine del mondo, e neppure quello della specie umana. Tuttavia, potrebbe innescare fenomeni di carestie, migrazioni di massa, guerre e altre calamità che renderebbero il mondo un posto assai diverso di come lo conosciamo adesso, almeno in occidente.

Va anche ricordato che i grandi organismi internazionali pubblici (per esempio, l’ONU e le sue varie oranizzazioni) e privati (per esempio, le compagnie di ri-assicurazione), e i governi più lungimiranti stanno sviluppando strategie per affrontare i disagi e i problemi che si potranno manifestare nel caso di riscaldamento globale severo, quali, appunto, le ondate di migranti attese dai paesi colpiti da siccità e carestie e l’aumento dei rischi legati a fenomeni meteorologici divenuti più intensi. Il catastrofismo è sempre da evitare (e concordo che talvolta alcuni climatologi si sono lasciati trasportare verso la drammatizzazione), ma è anche necessario evitare l’incoscienza e la superficialità del vivere alla giornata.

Oggi, è anche in gioco il diritto degli esseri umani (di tutti gli esseri umani) a vivere in condizioni dignitose. Le proiezioni indicano che molto probabilmente il riscaldamento globale colpirà in modo particolarmente severo quei paesi che già oggi sono più poveri e più esposti alla violenza degli uragani e delle siccità, con infrastrutture più fragili. La sfida, oggi, è saper utilizzare il problema posto dal riscaldamento globale come motore di sviluppo equo, di evoluzione della tecnologia, della società e dei meccanismi produttivi, non certo come scusa per chiudersi in un millenarismo catastrofista.

Antonello Provenzale

Fonte: Pneumonet.it

Nei polmoni la pressione dell’ossigeno è alta (perchè ce ne è molto, secondo la legge P=nRT/V) e l’emoglobina è estremamente affine e si satura al 98%.. nei tessuti invece la pressione è più bassa, e la proteina può cederlo facilmente.
Dicevamo.. L’emoglobina dei Mammuth..Questa proteina differisce di alcuni amminoacidi da quella dell’elefante odierno (a loro volta gli elefanti africani hanno una HB leggermente diversa da quelli asiatici).
I ricercatori hanno studiato se queta “versione” fosse funzionalmente differente da quelle attuali e hanno scoperto cose interessanti. Una delle proprietà dell’emoglobina, in generale, è che è influenzata, oltre dalla pressione parziale, anche dalla temperatura, dal pH e dall’anidride carbonica, oltre che da una serie di altre molecole come il bifosfoglicerato (BPG) un intermedio della glicolisi. L’aumento della temperatura e della CO2 e l’abbassamento del pH sono chiari indici di un aumentato metabolismo e di un maggiore bisogno di ossigeno e infatti in queste condizioni l’emoglobina rilascia più facilmente l’ossigeno; tuttavia questo fa sì che, per temperature basse, l’affinità aumenti.
E’ stato visto che, se alla temperatura corporea l’emoglobina degli elefanti e del mammuth si comportavano allo stesso modo, per temperature basse l’emoglobina del Mammuth aveva un’affinità più bassa per l’ossigeno, e lo rilasciava più facilmente.
Questo è stato un adattamento fondamentale viste le rigide temperature di quegli ambienti. Questo non è del tutto inaspettato, voglio dire, sono noti molti altri adattamenti di questo tipo anche nella specie umana, ma è un altro interessante tassello in più nella storia dell’evoluzione.

Article: Substitutions in wooly mammoth hemoglobin confer biochemical properties adaptive for cold tolerance. Campbell, K. L., et al. Nature Genetics, Vol 42, Num 6.

Monty Hall non era un matematico, bensì un presentatore televisivo che per 28 anni condusse un programma intitolato Let’s Make a Deal su una televisione americana.  Nel programma era presentato un gioco che permetteva al concorrente di guadagnarsi una bella automobile. Veniva messo davanti a tre porte chiuse: dietro ad una di esse si trovava l’automobile e dietro alle altre due erano nascoste due capre. Il concorrente non aveva nessuna informazione per scegliere una porta, perciò la scelta era dettata soltanto dal caso: doveva tirare ad indovinare. Fino a questo punto la prova in questione è soltanto di fortuna, ma qui entra in gioco la strategia: dopo la scelta del concorrente il conduttore, Monty Hall, che sapeva cosa si trovava dietro ad ogni porta ne apriva una mostrando sempre che dietro vi era una capra. E chiedeva al concorrente se intendeva cambiare la sua scelta. Forse scritto in questo modo potrà apparire un po’ cervellotico, ma con un esempio si capirà quanto sia semplice il gioco in questione. Denominiamo le porte con A,B e C  e supponiamo di scegliere la porta A. Monty Hall ci rivela che dietro alla porta C si trova una capra e ci chiede se vogliamo cambiare la nostra scelta. Cosa ci conviene fare? E’ più astuto cambiare? O è meglio mantenere la scelta precedente? Oppure è assolutamente uguale?

Questo problema non era affatto semplice e scatenò un piccolo “caso diplomatico” tra matematici. Uno spettatore del programma, Craig Whitaker, scrisse a Marilyn vos Savant, che figurava nel Guiness dei Primati come persona con il massimo Q.I. misurato e che curava una rubrica sulla rivista Parade, la seguente lettera:

“Suppose you’re on a game show, and you’re given the choice of three doors. Behind one door is a car, behind the others, goats. You pick a door, say #1, and the host, who knows what’s behind the doors, opens another door, say #3, which has a goat. He says to you, “Do you want to pick door #2?” Is it to your advantage to switch your choice of doors?”

La risposta di Marilyn vos Savant gli suggeriva di cambiare sostenendo che la probabilità di trovare l’automobile cambiando sarebbe stata pari a 2/3 mentre quella di trovare la capra rimasta sarebbe stata pari soltanto ad 1/3. In poche parole cambiando si avevano il doppio delle probabilità di trovare l’automobile!

Questa risposta può lasciarci un po’ perplessi e Marilyn per giustificare intuitivamente suggerisce di immaginare un caso in cui invece di considerare tre porte, ve ne siano invece 1.000.000. Se dopo averne scelta una tra quelle 1.000.000 vedessimo che tutte tranne la 777.777 nascondono una capra, ci verrebbe istintivo cambiare. Il meccanismo, illustra Marilyn, è lo stesso soltanto con numeri differenti.

La spiegazione era molto sintetica, ma corretta e si può dimostrare in diversi modi. Quello più semplice, a mio modo di vedere, consiste nel pensare a cosa potrebbe succedere.

Immaginiamo ad esempio di aver scelto la porta A: le probabilità di aver indovinato sono 1/3 e quelle di aver sbagliato sono 2/3. A questo punto viene per esempio mostrato che dietro la porta C c’è una capra. Vi conviene cambiare? Se avete indovinato prima no, ma se nella prima scelta avete sbagliato (che è la cosa più probabile) vi conviene cambiare perchè allora l’automobile non può che essere dietro la porta B!

Non se questa spiegazione vi abbia convinto, ma nel caso in cui non foste potete fare qualche prova qui. In ogni caso non sentitevi dei marziani se non vi convince perchè Marilyn vos Savant, subito dopo aver pubblicato la sua risposta ricevette un mare di lettere da matematici americani infuriati che sostenevano che avesse sbagliato.  Eccone qualche esempio:

I am sure you will receive many letters on this topic from high school and college students. Perhaps you should keep a few addresses for help with future columns.

W. Robert Smith, Ph.D.
Georgia State University

May I suggest that you obtain and refer to a standard textbook on probability before you try to answer a question of this type again?

Charles Reid, Ph.D.
University of Florida

You are the goat!

Glenn Calkins
Western State College

Questi sono soltanto alcuni esempi di risposte ricevute da Marilyn, ma dopo una sua ulteriore risposta sulla rubrica di Parade in cui spiegava più nei dettagli la sua soluzione la maggior parte dei suoi oppositori si convinse del fatto che “sì, conviene cambiare”. Paul Erdős, il più prolifico, scientificamente parlando, dei matematici del ’900 non fu convinto nemmeno da questa spiegazione e si arrese soltanto quando vide che gli esiti delle simulazioni rispecchiavano le previsioni di Marilyn.

In realtà sul problema di Monty Hall ci sarebbe da dire moltissimo, da come possa essere risolto con la teoria di Bayes, alle sue varianti con più porte, fino a una versione quantistica del problema (che forse merita di più di un cenno, ma lo rimando ad un indefinito futuro) e così via.

L’invito è sempre lo stesso: se trovati errori protestate, se non è chiaro chiedete e se sapete qualcosa condividete via commento, email o pagina facebook.

p.s.Il problema di Monty Hall è citato molto spesso nel cinema o nella letteratura, ad esempio nel film 21 (anche se la spiegazione fornita non mi sembra proprio perfetta) o nel libro “Lo strano caso del cane ucciso a mezzanotte”.

]]> http://www.bottigliedileida.net/2010/06/capre-automobili-e-probabilita/feed/ 3 http://www.bottigliedileida.net/2010/05/storia-di-unameba-sociale/ http://www.bottigliedileida.net/2010/05/storia-di-unameba-sociale/#comments Sun, 23 May 2010 20:05:23 +0000 Elena http://www.bottigliedileida.net/?p=594 Visto che è stato tirato in ballo questo argomento nei commenti al post sull’apoptosi di Manuel, eccovi qua l’affascinantissima storia di un’ameba sociale!

Penso che nell’immaginario comune le amebe siano viste come una sorta di blob che si sposta strisciando e che può causare dissenterie… in realtà, esistono migliaia di amebe molto diverse tra loro e la maggior parte non causa nessun tipo di malattia all’uomo. E quella che vi sto presentare è molto speciale!

Dictyostelium discoideum, per gli amici Dicty, è un’ameba che si trova normalmente nel terriccio e che si nutre di batteri. In condizioni normali la sua vita è alquanto noiosa: va a caccia di cibo, mangia e si riproduce per via asessuale. Quando però si riproduce troppo in fretta, i batteri di cui si nutre non sono più sufficienti a sfamare tutte le amebe e queste entrano in stato di “carestia” (in inglese “starving”). A questo punto cominciano a produrre AMP ciclico, una molecola che si comporta da messaggero, che viene recepito dalle altre amebe, le quali lo producono a loro volta provocando un fenomeno di amplificazione del segnale. L’AMP ciclico le porta ad aggregarsi tutte in un unico punto e, una volta aggregate, formano una struttura detta “lumaca”. Attraverso un’altra sequenza di segnali chimici si organizzano a costituire un corpo fruttifero, ovvero una struttura in cui circa il 20% delle amebe  che costituivano la lumaca formeranno il “gambo” , mentre il restante 80% sporifica e andrà a costituire il “fiore”. Le amebe che costituiscono il gambo muoiono mentre quelle che si trovano nel fiore rilasciano le loro spore che andranno a cadere in luoghi distanti (a un’ameba bastano 10 cm più in là) dove ci sarà abbondanza di batteri di cui nutrirsi. Lo scopo del corpo fruttifero è proprio quello di sollevare le spore dal suolo per permettere loro di disperdersi meglio.

Quest’ameba è semplicemente spettacolare per chi si occupa di evoluzione! Innanzitutto, incontriamo una forma di comunicazione tra organismi che collaborano e cooperano tra loro; in secondo luogo, quando si aggregano, costituiscono un primitivo organismo pluricellulare, in quanto si comportano come se fossero un tutt’uno e ogni cellula ha un ruolo predefinito. Addirittura, in termini poco scientifici, si può dire che le cellule del gambo si sacrificano per la sopravvivenza della specie. Inoltre, per ricollegarmi al post di Manuel, abbiamo una forma di apoptosi in organismi unicellulari, che si osserva appunto nelle cellule del gambo.

Ma la parte migliore arriva adesso: tra queste amebe possono nascondersi dei chaeters! I cheaters (in italiano si potrebbe tradurre con “bari”) sono degli individui mutanti che non entrano mai a fare parte del gambo, ma formano sempre le spore. Di nuovo parlando in termini poco scientifici, li potremmo definire organismi egoisti. Questi individui hanno subito delle mutazioni per cui riescono a eludere i segnali che li porterebbero a costituire il gambo: il loro programma genetico permette loro solo di sporificare e formare il fiore.

La domanda che ha tormentato gli evoluzionisti quando hanno scoperto questo fenomeno è questa: dal momento che il genotipo cheater riesce sempre a riprodursi dovrebbe essere avvantaggiato rispetto al genotipo normale, quindi perchè non prende il sopravvento e non porta l’altro genotipo all’estinzione? In realtà, il genotipo cheater è avvantaggiato fintanto che ci sono altri individui che costituiscono il gambo, per cui se il genotipo cheater prendesse il sopravvento porterebbe l’intera specie all’estinzione. Infatti, se avessimo una popolazione di soli cheaters, nessun individuo sarebbe in grado di formare il gambo e, in caso di carestia, sarebbero destinati a morire tutti. Quindi i cheaters possono sopravvivere solo se coesistono con il genotipo normale.

Il fatto di dover convivere con vicini così scomodi, ha fatto sì che, tra gli individui con genotipo normale, siano stati favoriti mutanti in grado di resistere ai cheaters; a sua volta, questo fenomeno esercita una pressione selettiva sui cheaters tale da favorire solo quei ceppi che riescono a eludere i sistemi di difesa degli organismi con genotipo normale. Quindi le interazioni tra individui chaeters e non cheaters hanno generato una sorta di “corsa alle armi”, in cui entrambe le parti sviluppano sempre nuove strategie per non essere sopraffatti dall’avversario.

La storia che ho raccontato in questo post è un riassunto molto conciso e semplificato di un enorme lavoro molto più approfondito che potete trovare al seguente link:

dictyBase

E, se volete, potete vedere questo video in cui un ricercatore vi racconterà una delle più recenti scoperte sui meccanismi di difesa dai cheaters di Dicty:

cheater resistance is not futile

Se volete farvi un’idea di quanto sia complesso il meccanismo dell’apoptosi, e come lui molti altri meccanismi, date un’occhiata a questo schema:

www.cellsignal.com

L’apoptosi è senza dubbio un argomento affascinante. Numerosi tumori si sviluppano inibendo l’apoptosi con mutazioni nei geni oncosoppressori pro-apoptotici (per vedere cos’è un oncosoppressore potete rileggervi il mio vecchio post sui tumori).
Voglio ora approfondire l’argomento parlandovi di uno studio (Lum et al., Growth Factor Regulation of Autophagy and Cell Survival in the Absence of Apoptosis. Cell 2005) condotto su cellule in coltura private dei geni proapoptotici Bax e Bak. Queste cellule incapaci di attivare l’apoptosi sono state messe in coltura senza il loro principale fattore di crescita (interleuchina 3). Normalmente le cellule private dei loro fattori di crescita vanno in contro ad apoptosi entro 48 ore. Queste cellule però non possono attivare l’apoptosi e pertanto sopravvivono. Smettono di replicarsi e le loro dimensioni diminuiscono progressivamente. Il loro metabolismo si arresta quasi completamente  (la glicolisi si arresta, i mitocondri si arrestano), sulla membrana diminuiscono i recettori ed i trasportatori di nutrienti (l’unica proteina che non ha un declino è il recettore per l’interleuchina 3). Dopo circa 24 settimane il 95% delle cellule muore comunque, probabilmente si sfaldano e si distruggono completamente, ma non tramite apoptosi.
Cosa succede in queste 24 settimane? Come ultimo e disperato tentativo di sopravvivenza forzata, le cellule cominciano ad autodigerirsi per ricavare energia. Questo processo si chiama autofagocitosi, durante il quale organuli, proteine e altre componenti cellulari vengono digeriti. Questo spiega la diminuzione delle dimesioni delle cellule.
I ricercatori hanno provato ad inibire anche l’autofagocitosi, inattivando i geni chiave del processo, e le cellule in questo modo sono tutte morte dopo circa 96 ore.
Come ho già detto, non è l’apoptosi in questo caso ad entrare in azione, ma un altra via, sicuramente meno pulita e più pericolosa (qualora questa si verificasse in un organismo), che è chiama necrosi (con l’accento sulla e).

Spero di non essere stato noioso. Se avete domande, chiarimenti, critiche come sempre dico, fatele! Se volete avere notizie aggiuntive chiedete (e sperate che vi sappia rispondere). Ciò detto, vi saluto! Alla prossima