Comprendere il "bovinese"

I ricercatori inglesi dell'Università di Nottingham e della Queen Mary University si sono improvvisati agenti segreti intercettando discretamente per dieci mesi le "conversazioni" tra i bovini al pascolo in una fattoria del Nottinghamshire, ponendo particolare attenzione all'interazione tra una mucca e il suo vitello.

(Credit: Queen Mary Univ.)

Per farlo si sono avvalsi di strumenti di rilevazione sonora altamente sensibili con cui carpire a distanza tutta la gamma di suoni altrimenti difficilmente distinguibili. La quantità di dati raccolta è stata così elevata che ci è poi voluto un altro anno per analizzarla.

Due sono le tipologie di suoni materni identificati: quelli a bassa frequenza emessi quando i vitelli sono vicini e quelli a frequenza e intensità maggiore quando i vitelli sono fuori dal campo visivo della mucca. I vitelli a loro volta emettono richiami quando vogliono mangiare.
E fin qui nulla di così strano.
Il dato nuovo (finora solo ipotizzato) è che tutte e tre le tipologie di chiamate sono individualizzate per ogni coppia madre/vitello; solo il destinatario reagisce al richiamo. Altro elemento interessante è che i suoni materni variano con l'età del vitello.

Oltre ad un puro interesse scientifico, questi risultati potrebbero fornire uno strumento per monitorare i vocalizzi del bestiame negli allevamenti e ottimizzare così lo stato di benessere rimuovendo sul nascere i fattori di stress ambientale.

(articolo sullo stesso tema --->  "Se sei mio figlio identificati con la password che ti ho dato quando eri nell'uovo")

Fonte

- Acoustic analysis of cattle (Bos taurus) mother–offspring contact calls from a source–filter theory perspective

Mónica Padilla de la Torre et al, (2015) Applied Animal Behaviour Science, v163, pag 58–68

Dormire poco aumenta la voglia di cibo spazzatura. La neurochimica spiega perché

E' noto da tempo che dormire poco fa male alla linea, oltre che all'efficienza cognitiva.

Qualunque sia il motivo che porta ad una riduzione continuativa delle ore di sonno quotidiane, la conseguenza sarà il cambiamento in peggio delle abitudini alimentari ed una tendenza ad ingrassare.

Niente di nuovo in questa frase essendo ben noto il legame tra mancanza di riposo, stress, aumento del livello di cortisolo e iperattivazione dei circuiti neurali preposti al " reward" che a sua volta porta a cercare "il piacere" associato a cibi gustosi (alias ipercalorici).

La novità è che ora, grazie ad uno studio pubblicato sulla rivista Sleep, si sta cominciando a capire nel dettaglio la biochimica di tale risposta. Una comprensione utile per ricercare soluzioni terapeutiche adeguate, particolarmente importanti in quei casi in cui la carenza di sonno non sia una conseguenza di una propensione ad una attiva vita notturna ma a chi per qualunque motivo sia costretto ad una vita che porta ad una riduzione del sonno.

Lo studio ha coinvolto 14 ventenni sani selezionati per la loro capacità di "resistere alle tentazioni" di cibi in genere altamente appetibili (come merendine, biscotti, patatine, caramelle, ...) dopo mangiato. Potrà sembrare un controsenso il voler mangiare cibi ipercalorici dopo un pranzo ma i dati sulla popolazione dicono il contrario: la maggior parte del cibo "inutile" e ipercalorico viene ingerito a stomaco pieno o in generale quando il corpo non ne avrebbe necessità.

Un campione ideale, quello dei giovani "non sensibili" alle lusinghe inutili del cibo, per lo studio del comportamento alimentare indotto dalla carenza di sonno (4,5 ore contro le 7,5 ore standard). Effetti dimostratisi particolarmente potenti nel tardo pomeriggio e nella prima serata, guarda caso quei momenti in cui l'assunzione di spuntini calorici si traduce più facilmente in un aumento di peso.

Durante il periodo del test i volontari hanno ricevuto tre pasti al giorno (9am, 2pm e 7pm) tali di modo che non ci fosse alcuna "necessità" fisiologica a cercare cibo negli altri momenti della giornata. 

Alla base di questa alterazione comportamentale ci sarebbe il sistema endocannabinoide (nello specifico il 2-arachidonoilglicerolo, alias 2-AG) bersaglio tra l'altro del principio attivo della marijuana che non a caso induce una fame incontrollabile.

Sia il 2-AG che il THC (principio attivo della cannabis) legano il recettore CB1-R con l'effetto di attivare i circuiti "della fame" lungo l'asse ipotalamico ipofisario. In generale la presenza di leptina (l'ormone della sazietà) limita fortemente la attivabilità di questo recettore; tuttavia in presenza di stress continuato si ha un aumento di 2-AG che supera il blocco della leptina. Risultato è la "voglia di cibo" anche quando si è sazi.

I livelli ematici di 2-AG sono in genere bassi durante la notte e tendono a salire con la veglia raggiungendo un picco nel primo pomeriggio. Un ritmo che però viene alterato nei soggetti privati del sonno in cui il livello di endocannabinoidi aumenta del 33 per cento, raggiunge il picco intorno alle 2 pm e rimane a quei livelli fino alle 9 pm! Una variazione che si associa da un punto di vista comportamentale ad un aumento del senso di fame e al desiderio di cibi calorici. Al quarto giorno di riduzione (attenzione NON privazione) delle ore di sonno rispetto alle 8 ore standard della prima parte del test, la resistenza intrinseca al cibo ipercalorico offerto loro a due ore di distanza dall'ultimo pasto è praticamente scomparsa.
Risultato è una assunzione preferenziale di circa il 50 per cento in più di calorie giornaliere. Un aumento che non è spiegabile con l'aumentato costo energetico di poche ore di veglia al giorno in più, che i ricercatori stimano in circa 17 calorie per ogni ora di veglia aggiuntiva fino al massimo cumulativo di 70 calorie nel caso del passaggio delle ore di sonno da 8 a 4. L'energia contenuta in 2-3 biscotti da colazione e quindi ben inferiore a quella realmente assunta dai volontari "stressati" pari a circa 300 calorie in più al giorno.

Più che sufficienti sul medio periodo per causare un aumento di peso evidente.

Nonostante i limiti intrinseci di uno studio di piccole dimensioni (e di breve durata) i risultati sono statisticamente significativi.

Morale? Più di tante diete spesso di dubbia efficacia, è meglio iniziare ripristinando nel proprio stile di vita le ore di sonno fisiologicamente necessarie.

Articolo successivo sul tema -->  "Come dormivano i veri Flintstones"

Fonte

-  Sleep Restriction Enhances the Daily Rhythm of Circulating Levels of Endocannabinoid 2-Arachidonoylglycerol

Erin C. Hanlon et al, Sleep (2016) 39(3), 653–664

Il melanoma e la buccia di banana

Non tragga in inganno il titolo. La buccia di banana va qui intesa letteralmente e non come sinonimo di scivolone, reale o metaforico che sia.

E' bene anche sottolineare subito che non esiste alcun nesso causale tra melanoma e buccia; il trait d'union tra pelle e banana è di tipo "strutturale" cioè lo stesso enzima è responsabile del processo di imbrunimento di entrambe.

Credit: M. J. Doran (via ehow.com)

Tutti noi abbiamo presente l'immagine di una banana quando "invecchia" con la comparsa delle caratteristiche macchie scure. Un imbrunimento assolutamente naturale (e che non toglie nulla al sapore della banana) conseguenza dell'azione della tirosinasi, un enzima con un ruole centrale anche nell'abbronzatura. Non è un caso se alcuni prodotti schiarenti la pelle si basano su inibitori della tirosinasi (--> qui).

Il team di Hubert Girault presso l'EPFL è andato oltre e si è chiesto se fosse possibile correlare i livelli di tirosinasi nelle alterazioni neoplastiche della cute senza bisogno di fare biopsie. L'idea era quella di dedurre lo stadio di avanzamento della malattia in modo rapido e con il solo utilizzo di tecniche di imaging.

I risultati sono stati positivi. Se nella fase 1 della malattia l'attività enzimatica è tutto sommato trascurabile, nelle fasi 2 e 3 l'enzima è molto più abbondante ed ha una distribuzione (all'interno della lesione) uniforme o non uniforme, rispettivamente.

Credit: EPFL / Pascal Coderay

L'analisi cutanea è stata effettuata mediante uno scanner dotato di 8 microelettrodi, allineati come i denti di un pettine e flessibili, fatto passare sulla superficie della pelle. Senza entrare in troppi tecnicismi (per i quali rimando all'articolo di riferimento), questa scansione permette di valutare una superficie di alcuni millimetri quadrati in modo rapido e indolore ottenendo una diagnosi dello stadio del melanoma.

Il prossimo passo sarà quello di utilizzare questo stesso scanner per visualizzare ed eradicare (ad esempio con un fascio laser) il tumore.

(video descrittivo della tecnica. Credit: École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL))

Sapete che la banana OGM potrebbe risolvere il problema della cecità per carenza di vitamina A per circa 100 milioni di persone? Leggi in questo blog l'articolo --> QUI

Fonte

- Monitoring Tyrosinase Expression in Non-metastatic and Metastatic Melanoma Tissues by Scanning Electrochemical Microscopy

Tzu-En Lin et al (2016) Angewandte Chemie, Mar 7;55(11):3813-6

Il ferro è essenziale. Ma con moderazione

Chissà in quanti si ricordano (o hanno anche solo sentito parlare) di Braccio di Ferro e della forza erculea che ricavava dall'ingurgitare gli spinaci. 

Certo erano altri tempi e il cartone animato nacque con un preciso intento educativo-alimentare per indurre i bambini a mangiare gli spinaci ricchi di ferro. Oggi si sa che sebbene l'alimento sia un ottimo complemento alimentare, da solo è poco utile per compensare eventuali carenze organiche. Il ferro viene infatti assorbito dagli enterociti duodenali solo se libero e in forma ridotta (Fe2+), per ottenere la quale è bene combinare il pasto con vitamina C e acido citrico (insomma la classica spruzzata di limone come condimento).

Il ferro è un elemento essenziale della nostra dieta essendo, tra le altre cose, necessario per la funzionalità dell'emoglobina (--> gruppo eme). Da qui l'importanza del ferro come complemento nutritivo in caso di anemia (cronica o successiva ad eventi emorragici anche fisiologici come quelli associati al ciclo nelle donne). Una carenza di ferro comporta una minore capacità del sangue di trasportare ossigeno e a cascata la sensazione di stanchezza e letargia.

Per gli uomini la dose giornaliera di ferro da assumere con la dieta è di poco inferiore ai 9 mg, mentre nelle donne mestruate è circa 15 mg. Tra gli alimenti che contengono cito il pane, i cereali della prima colazione, pesce, carne rossa, uova, fagioli e lenticchie. Una alimentazione classica e bilanciata fornisce in media 10 mg al giorno di ferro, per cui sono il problema di carenza è sostanzialmente limitato alle donne e per uno spazio temporale (in assenza di integratori o alimenti ricchi di ferro) limitato a 3-4 giorni al mese. 

Ovviamente la necessità di uno stimolo "subliminale" ad arricchire la dieta con spinaci ha perso di importanza rispetto a quando il cartone di Braccio di Ferro venne ideato (circa 1930); tuttavia è innegabile che l'alimentazione odierna, per quanto caloricamente più che sufficiente ai bisogni reali, è spesso sbilanciata; il problema quindi si ripresenta seppure per cause diverse da quelle di un tempo.

Si diceva che è il ferro è essenziale per la nostra vita ma è anche vero che un eccesso di ferro è dannoso essendo difficilmente smaltibile e con una forte propensione ad accumularsi nel fegato dove può esercitare i suoi effetti tossici.

Gli integratori prescritti dal medico in caso di anemia forniscono in media 65 mg di ferro per ogni compressa, sotto forma di solfato ferroso o fumarato ferroso. Meglio optare tuttavia per dosaggi inferiori dati gli effetti collaterali (diarrea o stitichezza e dolori addominali) presenti in circa il 30% dei soggetti. Meno "invasivi" (se presi con moderazione) sono gli integratori alimentari da supermercato, il cui livello di ferro è circa pari alla dose minima giornaliera. Il tè inibisce l'assimilazione del ferro, ragione per cui è consigliato berlo ad almeno 1 ora di distanza.

Un articolo recentemente pubblicato sulla rivista PLoS One ha fatto scattare un ulteriore campanello d'allarme: il ferro è in grado di danneggiare il DNA di cellule endoteliali in coltura dopo soli 10 minuti di trattamento. 

Una scoperta che dovrebbe indurre ad una maggiore cautela quando si assumono integratori alimentari a base di ferro senza che vi sia un reale bisogno medico.

Potrebbe interessarvi la serie di articoli centrati sulle vitamine (--> QUI)

Fonte

- Low Dose Iron Treatments Induce a DNA Damage Response in Human Endothelial Cells within Minutes

Ines G Mollet et al, PLoS One. 2016 Feb 11;11(2)

Ebola. Il virus può persistere nei soggetti guariti

Aggiornamento maggio 2019. Una nuova epidemia è in atto nella parte nord-orientale del Congo. Molto più pericolosa delle precedenti a causa dei conflitti nella zona e degli attacchi dei ribelli nei confronti di tutti gli operatori sanitari --> Violence propels Ebola outbreak towards 1,000 cases

***

L'epidemia di Ebola è stata dichiarata ufficialmente finita dall'OMS qualche mese fa, stante la prolungata assenza di nuovi casi accertati (--> sito WHO).

L'epidemia ci ha insegnato molto sui rischi di diffusione di malattie un tempo sporadiche ma che negli ultimi decenni hanno mostrato il preoccupante binomio di aumento di frequenza e di "migrazione"; un fenomeno strettamente legato all'aumentata antropizzazione delle foreste e all'espansione dei villaggi, oltre che al miglioramento dei mezzi di trasporto.

Il virus Ebola non è nato ieri ma esiste nelle foreste africane da ben prima che arrivasse l'uomo. Se all'inizio si ipotizzò che fossero state le scimmie il veicolo di trasmissione preferenziale verso l'essere l'umano (sulla falsariga di quanto avvenuto con l'HIV --> leggi QUI), l'ipotesi venne presto accantonata con la scoperta che il virus è egualmente letale (e rapido) nei primati non umani. Oggi si ritiene che i  pazienti zero delle epidemie di Ebola siano persone venute in contatto con il pipistrello della frutta (o con suoi residui biologici), un animale in cui l'infezione è sostanzialmente asintomatica (vedi QUI per la cronistoria e le informazioni epidemiologiche dell'ultima epidemia di Ebola).

La caratteristica virulenza e altissima mortalità (90%) del virus Ebola nell'essere umano è stata la vera barriera che ha impedito la diffusione del virus fuori dalle foreste, dove è endemico; chiunque avesse contratto la malattia (ivi compresi i familiari o i membri del clan) sarebbe stato "cancellato" entro tre settimane dalla comparsa dei sintomi (coincidente con l'inizio della fase infettiva). L'assenza di vie di comunicazione affidabili e la bassa densità abitativa sono nel caso di malattie a progressione rapida un metodo di quarantena naturale; solo chi è guarito o non infetto disporrà del "tempo" necessario per raggiungere aree "sicure". Questo è il vero motivo per cui manca ogni ricordo anche tramandato oralmente di precedenti epidemie di Ebola; la progressiva comparsa di focolai con frequenza sempre più ravvicinata (e di durata maggiore) a partire dagli anni '60 è coinciso con il miglioramento delle vie di trasporto, la comparsa di strutture ospedaliere rurali e l'aumento della densità umana in prossimità dei luoghi popolati dai pipistrelli.

L'ultima epidemia è stata la peggiore per due motivi: ha coinvolto un numero di persone finora mai visto (in cui il vero rischio era la diffusione incontrollata nella vicina e popolosa Nigeria); le aree coinvolte non erano considerate a rischio Ebola essendo molto lontane dall'area compresa tra Congo e Sudan, in cui erano stati registrati i precedenti focolai.

L'alto numero delle persone infettate ha permesso di acquisire molte informazioni sulla modalità di trasmissione e sul progredire della malattia, validando sul campo le procedure di contenimento migliori da attuarsi in mancanza di terapie preventive minimamente efficienti. Se da una parte si è così scoperto che a fare la differenza sono i trattamenti volti a mantenere lo stato di idratazione del paziente (capace di abbassare il tasso di mortalità dal 90% iniziale al 30-40%), dall'altra si è osservato che la cosiddetta vaccinazione passiva basata sulla trasfusione con il plasma dei soggetti guariti non è particolarmente efficace (vedi articolo precedente --> QUI).
Il massiccio incremento della popolazione virale ha consentito anche di monitorarne l'evoluzione. Come scritto sopra, il virus Ebola non ha come ospite primario l'essere umano e quindi il virus non è "calibrato" alle specifiche del nostro macchinario cellulare. Nel momento stesso in cui il virus esce dal suo ciclo naturale di diffusione ed entra in ambito umano sarà sottoposto ad una fortissima pressione selettiva che favorirà la comparsa di virus più "bravi" nello sfruttare le risorse di un ospite "non ottimale".

Nota. Un virus efficiente non è necessariamente un virus più patogeno anche se questo è inevitabile nelle prime fasi dell'adattamento. Il virus che meglio si è adattato al suo ospite è quello che non lo uccide. Se lo fa si condanna all'estinzione nel momento in cui il bacino di infetti scompare. Un virus che riesce a cronicizzare l'infezione può permanere nel suo ospite per decenni se non per tutta la vita; l'herpes simplex è un esempio classico di un doppio adattamento (del virus che sceglie i gangli come luogo di rifugio da cui emergere saltuariamente e dell'ospite che attiva una risposta immunitaria così potente da tenere il virus sotto controllo ogni qualvolta esca "dal santuario" in cui si nasconde). In linea generale i virus ad altissima virulenza e patogenicità sono quelli che hanno "appena" fatto il salto dal loro ospite naturale (mammifero o uccelli) all'essere umano. Essendo noi degli ospiti "non previsti" il virus non è "calibrato" per noi e noi non siamo dotati degli strumenti immunitari per attivare l'autodifesa in tempi rapidi (prima di soccombere all'infezione). Esempi classici di virus "nuovi" sono HIV (il passaggio da scimmia a essere umano è avvenuto intorno alla metà del secolo scorso --> leggi QUI), SARS, MERS, WNV, … .

 Studiare il genoma dei virus nei diversi momenti dell'epidemia ha permesso di identificare le mutazioni che hanno reso il virus più adatto all'ospite umano. Identificare queste mutazioni permetterà ai ricercatori di "disegnare" molecole antivirali ideali, capaci cioè di colpire le proteine virali in quei siti chiave che consentono al virus di funzionare nell'essere umano.

Tra gli elementi principali che hanno permesso di mettere sotto controllo la malattia fino al suo naturale spegnimento vi è il monitoraggio degli spostamenti (e dei contatti avuti) da ciascun paziente prima dell'arrivo nei centri di raccolta. Conoscere il numero e l'identità della persone "a rischio" ha impedito il diffondersi della malattia  nelle città e nel contempo ha quantificato "il rischio trasmissione".
Il monitoraggio è continuato anche dopo la dimissione dei pazienti guariti (scomparsa sintomi, no virus nel sangue, presenza di anticorpi neutralizzanti) e questo ha fornito alcune sorprese non proprio piacevoli sul rischio di nuove infezioni. Secondo la visione "classica", l'infezione virale avviene unicamente per il contatto con fluidi corporei (sangue, vomito, diarrea) o particelle di aerosol (--> QUI) prodotti da individui sintomatici (il virus è assente nella fase di incubazione della malattia, che dura tra 4 e 21 giorni).
In alcuni casi recenti l'infezione è invece avvenuta attraverso percorsi non convenzionali, come sperma e latte materno; limitandoci al primo caso questo è quanto accaduto ad una donna un mese dopo che il ritorno a casa del marito dall'ospedale.
 Non si tratta purtroppo di un evento "irripetibile" dato che già in precedenza il virus era stato individuato nei soggetti guariti nei cosiddetti siti immunologici privilegiati (testicoli, occhi, ...); in queste aree il sistema immunitario non può circolare a causa dei potenziali effetti deleteri di una seppur minima risposta infiammatoria.
L'assenza di un pattugliamento efficiente rende questi siti "nascosti" luoghi ideali per un virus. 

Ricordo che un virus non è definibile come un organismo vivente, ma come una "stringa di informazione" che in assenza di un "elaboratore adeguato" è inerte come un granello di sabbia (--> QUI). Si prenda quindi il verbo "nascondersi" in modo molto largo; si tratta semplicemente di una situazione in cui il virus, invisibile al sistema immunitario, rimane inerte in quanto privo di una cellula adatta per esprimere il proprio codice. Quando per qualunque motivo il virus uscirà dal "santuario" (sia la causa una lesione, una espulsione fisiologica o un casuale moto browniano) ci sarà un breve lasso di tempo (prima di essere neutralizzato dagli anticorpi circolanti) in cui il virus potrà infettare una cellula idonea o infettare un nuovo individuo.

Sarà necessario quantificare il titolo virale nel fluido seminale dei sopravvissuti, monitorarne la variazione nel tempo (non potendosi replicare dovrebbe calare) e soprattutto informare ex-pazienti e familiari sulla necessità di utilizzare a scopo precauzionale i preservativi (le direttive attuali della WHO ne richiedono l'utilizzo fintanto che il liquido seminale sia risultato negativo ad almeno due test successivi --> QUI).

Aggiornamento. I timori sono stati confermati. Il virus può persistere in soggetti guariti andando ad insediarsi in una delle suddette aree privilegiate. Il caso più famoso è quello del medico Ian Crozier che 2 mesi dopo essere guarito - nessuna traccia di virus nel sangue - si accorse di persistenti disturbi visivi. Il prelievo di un campione del liquido oculare mostrò la presenza di un elevato titolo virale "inerte" (a differenza di un batterio, se un virus non trova una cellula idonea non può fare nulla). Tra i disturbi più frequenti lamentati dai soggetti guariti quelli neurologici ad indicare una persistente attività virale.

Nuova prova di quanto questo sia un rischio reale è il nuovo focolaio di Ebola in Guinea (02/2021), probabilmente originato da soggetto sopravvissuto a precedente infezione e portatore del virus.

Fonte
- Rapid outbreak sequencing of Ebola virus in Sierra Leone identifies transmission chains linked to sporadic cases
Armando et al. (2016) Virus Evolution

Il becco rosso indica quali sono i maschi più resistenti alle insidie ambientali

Nel regno animale il colore rosso è un mezzo di comunicazione molto usato per attrarre potenziali partner riproduttivi.

Maschio di diamantino
(credit: Martin Pettitt)

Il maschi del passeriforme diamante mandarino (Taeniopygia guttata o diamantino nel linguaggio comune) non fanno eccezione con il loro caratteristico becco rosso, un requisito che le femmine della sua specie considerano una "dote minima" essenziale; più è rosso, maggiori saranno le possibilità del maschio di essere accettato.

Sui gusti non si discute ma in biologia le spiegazioni basate sui criteri del libero arbitrio o meramente estetici hanno poco senso.

La scelta del partner nasce da logiche funzionali che permettono alla femmina (notoriamente molto più selettiva del maschio) di scegliere il partner con il miglior stato di salute e patrimonio genetico. Una scelta che si focalizza su alcuni parametri fisiologici che il maschio di fatto mostra indirettamente con il suo aspetto o all'interno di comportamenti ritualizzati (sedimentati nel patrimonio genetico). Non potendo presentarsi con un certificato medico di "sana e robusta costituzione", il maschio mostrerà caratteristiche di "forza e idoneità" come la "ruota" del pavone o, nel caso del passero, il colore del becco.

Le ultime ricerche sul tema hanno evidenziato che il colorito di becco e piume è la diretta emanazione dell'attività di alcuni enzimi il cui ruolo principale è ben altro rispetto a quello cromatico; nel diamantino questi enzimi svolgono un ruolo chiave nel metabolismo e nella neutralizzazione delle tossine ambientali. Il fatto che essi siano anche coinvolti nella conversione cromatica di alcuni pigmenti è unicamente un "effetto collaterale", rivelatosi però utile (e quindi selezionato positivamente con una migliore fitness genetica) come indicatore di "in buona salute e con geni ottimi". Avere il becco rosso comunica al partner di avere la capacità di metabolizzare le tossine ambientali.

La dieta di questi passeri, ricca di semi ad alto contenuto di carotenoidi (pigmenti gialli), fornisce il substrato per la comparsa del colore rosso. Sebbene l'enzima (parte della famiglia del citocromo P450) sia presente in entrambi i sessi, è nei maschi che l'attività di conversione del carotenoide nel suo derivato rosso è maggiore; da qui il dimorfismo sessuale nel diamantino dove le femmine hanno il becco arancione mentre nei maschi è rosso (prima della maturità sessuale il becco è scuro).

Ma c'è un altro elemento di interesse.
Il pigmento rosso non si accumula solo nel becco e nelle piume ma anche nell'epitelio retinico e che aumenta la capacità di discriminazione dei colori.

Nota. Molti uccelli hanno una visione tetracromatica (4 tipi di coni contro i 3 dei nostri occhi) il che conferisce una aumentata discriminazione cromatica. Come scritto sopra, i coni negli uccelli si differenziano da quelli dei mammiferi per la presenza degli aggregati dei pigmenti rossi all'interno di goccioline lipidiche, posizionate anteriormente ai veri e propri fotorecettori sensibili alle diverse lunghezze d'onda della luce. Queste goccioline si comportano come dei veri e propri filtri ottici che modificano la gamma di lunghezze d'onda che passano. Il risultato sarà una minore sovrapposizione del segnale utile (quello capace di attivare ciascun tipo di fotorecettore) e quindi un aumento della specificità del segnale. In altre parole una aumentata gamma di colori distinguibili.

I 4 pigmenti presenti nella retina di
molti uccelli (L. Shyamal)

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Current Biology.

Fonte

- Red Carotenoid Coloration in the Zebra Finch Is Controlled by a Cytochrome P450 Gene Cluster.

Mundy NI et al, Curr Biol. (2016) 26(11):1435-40

- Genes discovered that enable birds to produce the colour red

University of Cambridge, news

CLARITY. Studiare il cervello rendendolo trasparente

Studiare il cervello rendendolo trasparente? 

L'aggettivo "trasparente" non è una esagerazione semantica, dato che l'organo trattato diventa veramente trasparente.

Precisiamo subito che non si tratta di un modo per avvicinare la realtà al regno della finzione letteraria, come L'Uomo Invisibile  di H.G. Wells (ma anche di Ralph Waldo Ellison) o la protagonista dei Fantastici Quattro della Marvel. Prima di tutto perché il trattamento è distruttivo e va quindi fatto post-mortem e poi perché lo scopo è prettamente scientifico, finalizzato a "vedere" la struttura interna di un organo senza bisogno di sezionarlo. 

Vedere qualcosa di invisibile? 

Capisco che a leggerla così possa sembrare alquanto curiosa l'idea di rendere invisibile qualcosa per ... vederla meglio. Meglio aggiungere allora qualche altro tassello sul metodo CLARITY ("limpidezza" in italiano).

Il cervello prima e dopo il trattamento (credit: Deisseroth lab). Ulteriori dettagli nella figura -->qui

CLARITY è un metodo sviluppato da Karl Deisseroth della Stanford University che permette di osservare direttamente l'interno di un cervello integro (o di ampie porzioni di tessuto cerebrale) rendendolo "otticamente trasparente". La trasformazione da opaco a trasparente si basa  sulla eliminazione dei componenti otticamente opachi (come i lipidi, mediante il SDS - sodio dodecilsolfato), la fissazione della componente proteica e nucleica (grazie alla formaldeide) e l'aggiunta di una "impalcatura" trasparente per mantenere l'integrità tissutale (si usa un idrogel a base di acrilammide). 

Una volta effettuato il trattamento i lipidi vengono rimossi lasciando l'impalcatura di idrogel e di proteine/acidi nucleici: si passa da un tessuto biologico ad un ibrido contenente componenti esogene che assicurano stabilità strutturale e trasparenza. La visualizzazione (o meglio l'aumento del contrasto per distinguere architrave da materiale biologico) è ottenuto grazie a molecole fluorescenti fatte esprimere dal tessuto quando ancora vivo (ad esempio con tecniche tipo --> Brainbow) oppure mediante marcatura successiva mediata o da sonde di acido nucleico o da anticorpi legati a fluorofori. Una volta posizionata la molecola di contrasto le tecniche di visualizzazione rientrano nelle tecniche di microscopia standard (per ulteriori dettagli vedi figura pubblicata su Nature -->qui). 

Un esempio "minimalista" di cosa è possibile vedere senza sezionare il tessuto. L'immagine è quella dell'ippocampo di topo in cui i diversi colori rappresentano diverse cellule. I neuroni eccitatori sono in verde, quelli inibitori in rosso e gli astrociti in giallo (original from Deisseroth Lab; image taken from wikipedia).

Il risultato è incredibile e permette di visualizzare nel dettaglio le interazioni esistenti nel network neuronale e ricostruire così nel dettaglio "chi interagisce con cosa".

Le tecnologie attuali consentono di osservare i neuroni e le loro connessioni a livello microscopico, ma solo attraverso le sezioni ultrasottili prelevate dalla regione cerebrale di interesse. Le immagini bidimensionali così ottenute devono poi essere assemblate al computer, se lo scopo è quello di ottenere un dato tridimensionale. Un lavoro che comporta l'allineamento di migliaia di immagini per riuscire a mappare le proiezioni a lungo raggio delle cellule nervose. Un lavoro complesso, soggetto ad errori e con limite di risoluzione basso. Solo tenendo a mente questa complessità si può apprezzare la potenza operativa fornita da Clarity.

I dati potenzialmente ottenibili con questa nuova tecnica, uniti alle informazioni derivanti da studi in vivo di risonanza magnetica, fanno presumere nel prossimo futuro una accelerazione nel campo delle neuroscienze. Accelerazione che si ripercuoterà inevitabilmente nelle nostre conoscenze sulle malattie neurologiche. Diventerà possibile confrontare i circuiti dei tessuti crioconservati prelevati da pazienti deceduti con controlli di cervelli sani. Si potrebbe ad esempio creare una "libreria" di cervelli a cui i ricercatori dei diversi campi potranno afferire, consultare e, riporre, una volta terminata l'analisi.

"Questo è probabilmente uno dei progressi più importanti in neuroanatomia da decenni", ha affermato Thomas Insel, direttore del National Institute of Mental Health (parte dei National Institute of Health) di Bethesda, ente che ha finanziato parte del lavoro.

Per avere una idea delle potenzialità conoscitive legate a questa tecnica, vi consiglio la visione del video che segue.

All credits to Nature video.

Le capacità analitiche che le neuroscienze ci stanno regalando negli ultimi anni sono entusiasmanti: dalla optogenetica al brainbow e infine il Clarity sono solo alcune delle tecniche che promettono di rivoluzionare il campo come l'invenzione della PCR fece con la biologia a partire dagli anni '80.

Un esempio pratico delle potenzialità analitiche di Clarity viene da uno studio condotto nel laboratorio di Deisseroth (l'ideatore della tecnica) centrato sull'analisi dei circuiti prefrontali. Sebbene sia noto da anni che è nella corteccia prefrontale che risiede gran parte delle funzioni superiori e di autocontrollo (come ben esemplificato dai pazienti affetti da demenza frontotemporale e il celebre caso di Phineas Gage), poco si sa sul coinvolgimento di queste areee nella "classificazione" delle esperienze (positive vs. negative). Esperienze che poi verranno associate ad uno o più stimoli concomitanti e che indurranno le ben note "attese" di una data esperienza al solo verificarsi di uno stimolo (fenomeno alla base della sindrome da stress post-traumatico --> QUI). Il lavoro di Deisseroth ha portato alla identificazione di due tipi di cellule nella corteccia la cui attivazione trasmette univocamente esperienze positive o negative ad altre regioni del cervello (dove avverrà la memorizzazione).

Articolo originale

- Structural and molecular interrogation of intact biological systems.

K. Chung et al, Nature (2013) 497, pp. 332–337

- CLARITY for mapping the nervous system
 Kwanghun Chung & Karl Deisseroth, Nature Methods 10,pp 508–513 (2013)
- Stanford research shows that different brain cells process positive and negative experiences
Stanford / news
- Wiring and Molecular Features of Prefrontal Ensembles Representing Distinct Experiences
Li Ye et al, Cell (2016), 165(7) pp1776-1788


- Stanford University School of Medicine, news
- Clarity Resources --> link
- Map the Brain with CLARITY --> Leica Microsystems
- Deisseroth lab --> link

La sonda Juno è entrata nella magnetosfera di Giove. La vera missione inizia ora

Mancano solo poche ore al momento in cui la sonda Juno raggiungerà l'orbita di Giove.

25 osservatori astronomici sulla Terra coopereranno con la NASA per fornire una copertura h24 alla missione raccogliendo nei prossimi 20 mesi la prevedibile enorme mole di dati sull'atmosfera gioviana.

Dopo quasi cinque anni dal lancio della sonda e circa 2 anni e mezzo dopo la "spintarella" gravitazionale fornita dalla Terra durante il rendez-vous con Juno (vedi grafico sotto), venerdì scorso gli operatori del centro di controllo della NASA hanno registrato il suo ingresso nella magnetosfera del pianeta gigante. La magnetosfera è l'area che circonda un qualunque corpo celeste entro la quale il campo magnetico da esso generato domina sul moto delle particelle cariche di origine stellare (in altri termini "l'ombrello" che protegge dal vento solare).

Dall'alto in basso. La traiettoria della sonda dal momento del lancio all'arrivo nell'orbita di Giove. Le prime due orbite di assestamento e le orbite definitive. L'orbita di Juno permetterà di scansionare perfettamente tutta la "superficie" (per quanto questo termine abbia poco senso in un pianeta gassoso) atmosferica di Giove. (Image credit: infografica del New York Times). Clicca sul link di seguito per il video riassuntivo della missione --> http://nyti.ms/290cAsE

L'ingresso nella magnetosfera è stato registrato grazie ai rilevatori montati su Juno in grado di misurare le emissioni radio delle particelle cariche. Il segnale registrato, convertito poi in onde sonore per facilitarne la comprensione anche al pubblico generale (vedi sotto), evidenzia un brusco cambio di tono nel momento in cui attraversa questo confine, invisibile all'occhio ma molto reale.

In contemporanea all'avvicinamento al pianeta, i tecnici hanno inviato alla sonda le ultime istruzioni riguardanti l'accensione dei razzi per posizionare Juno in orbita (ci vogliono circa 40 minuti tra invio e ricezione del segnale). Una volta inviato l'ultimo "pacchetto" di dati la sonda agirà autonomamente fino al completamento della missione. Ovvia quindi la trepidazione con cui i tecnici hanno atteso "il segnale di OK" di Juno e l'hanno vista iniziare la sua traiettoria di avvicinamento; salvo problemi di collisioni con oggetti non previsti, non ci sarà bisogno di nuovi interventi.

Una volta percorse le prime due orbite di assestamento, Juno inizierà delle orbite regolari in modo da coprire l'intera superficie del pianeta; una scansione dell'alta atmosfera gioviana senza precedenti per il grado di copertura (vedi figura precedente).

Tra le ultime immagini ad essere state ricevute prima dell'attivazione dei propulsori vi quella a infrarossi affiancata all'immagine catturata da Hubble. I falsi colori della foto a sinistra servono ad indicare le aree a diversa temperatura; le parti più scure sono le "nuvole più fredde" che assorbendo nell'IR danno la sensazione di "assenza di luce".

A sinistra una immagine con falsi colori di Giove visto agli infrarossi. A destra una immagine al telescopio. (Leigh Fletcher/European Southern Observatory)

Due sono gli obbiettivi principali della missione: 1) confrontare i dati sui valori di ammoniaca e acqua (componenti principali delle nuvole di Giove) con le immagini catturate dai telescopi a Terra (formanti il sistema Very Large Telescope) in modo da elaborare dettagliati modelli climatici su Giove; 2) analizzare nel dettaglio le aurore gioviane in modo da valutare similitudini e differenze con quelle terrestri.

Per quest'ultimo scopo il telescopio spaziale Hubble si è preparato per tempo puntando l'obbiettivo su Giove per 45 minuti ogni giorno negli ultimi 30 giorni.  Il dubbio teorico sulla genesi delle aurore tra Terra e Giove si basa sul fatto che mentre sulla Terra le aurore sono la conseguenza dell'impatto delle particelle solari cariche con la nostra magnetosfera, nel caso di Giove gran parte delle particelle cariche non è di origine solare ma dei vulcani presenti su una delle sue lune, Io; i potenti campi magnetici di Giove catturano e accelerano poi le particelle emesse nello spazio generando così (forse) le sue spettacolari aurore.

Video in time-lapse di una aurora gioviana (ESA)

La domanda quindi è se le aurore di Giove siano "soltanto" la versione mega di quelle terrestri o se siano causalmente diversi.

Se saremo fortunati magari potremo assistere ad eventi simili a quelli dell'impatto della cometa Shoemaker-Levy (vedi articolo precedente --> qui).

Il 2016 si preannuncia interessante sotto il profilo astronomico anche se è ben difficile che si raggiunga il volume di notizie dell'ultimo biennio: dalla conferma dell'esistenza del bosone di Higgs all'atterraggio sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko dai fermioni di Weyl all'osservazione ravvicinata di Plutone, fino alla prova dell'esistenza delle onde gravitazionali possiamo dire di non esserci annoiati.

Un video dell'avvicinamento di Juno a Ganimede è presente in un successivo articolo. 

Fonte
- pagina web della NASA dedicata alla missione Juno --> QUI

*** Aggiornamento***

A ottobre 2021 sono stati pubblicati vari articoli, basati sui dati raccolti da Juno, con preziose informazioni sull'atmosfera dei giganti gassosi.

Image credit: NASA via INAF.it