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Errori metodologici. Il caso Arabidopsis insegna: validare prima di generalizzare

Come estrapolare dati nel modo sbagliato.
Questo protrebbe essere il titolo dell'articolo odierno. Ovvero, il solo fatto che l'unica persona senza cappello da noi incontrata  in un freddo paese remoto sia bionda non ci autorizzerebbe a pensare che anche tutti gli altri abitanti del luogo lo siano. Ovvio no? Eppure l'errore commesso da una parte della comunità scientifica è stato simile.
Il concetto che voglio sottolineare è che focalizzarsi su un modello teorico senza validarlo confrontandolo con altri modelli, può condurre a risultati imbarazzanti.

Arabidopsi thaliana (Credit: U.Leeds)
Quale l'antefatto? Basandosi sui dati ottenuti nella pianta Arabidopsis thaliana, il modello vegetale per eccellenza in genetica vegetale, si è dato per scontato che tali osservazioni fossero generalizzabili anche sulle altre piante. Una ipotesi dimostratasi vera in moltissimi altri casi ma non questa volta. Colmo dell'ironia il meccanismo qui descritto, ipotizzato come universale nelle piante, era in realtà specifico della thaliana. La thaliana era l'eccezione e non la norma.
Il fatto che questo errore sia stato scoperto ad anni di distanza dalla formulazione dell'ipotesi mette in evidenza una imbarazzante mancanza di rigore metodologico.

Ricapitoliamo la storia pubblicata la scorsa settimana da un team della università di Leeds, cercando di semplificarla al massimo essendo centrata sui meccanismi di regolazione e di controllo di qualità del RNA.
Ogni gene codificante per una proteina deve essere trascritto in un RNA messaggero (mRNA) che a sua volta deve maturare prima di lasciare il nucleo ed essere preso in consegna dall'apparato di traduzione. Questo apparato (centrato sui ribosomi) si occuperà della traduzione del codice nucleotidico nella corretta sequenza aminoacidica di una proteina.
Il processo di maturazione del mRNA è necessario dato che il gene trascritto è, negli eucarioti superiori, costituito da un susseguirsi di esoni (zone codificanti) ed introni. Il processo di maturazione (splicing) del mRNA consiste nella eliminazione delle sequenze introniche generando così la molecola "pluri-esonica" pronta per essere tradotta in una proteina.
Maturazione del mRNA nel nucleo
 Importante ricordare che in molti geni il mRNA trascritto da ogni gene può differire tra un tessuto e l'altro: alcuni esoni riconosciuti come tali nel tessuto A sono ad esempio considerati introni nel tessuto B e quindi eliminati nel processo di maturazione. Questo per dire che il messaggero deve andare incontro ad un rigoroso controllo di qualità prima di venire usato come codice per la produzione della proteina.
Un primo controllo è nel fatto che solo il messaggero maturo può essere esportato dal nucleo al citoplasma (dove verrà tradotto). Quindi solo il messaggero associato a specifiche proteine appartenenti all'apparato di splicing è considerato idoneo per essere traghettato dal nucleo verso il citoplasma. Una volta arrivato nel citoplasma verrà ulteriormente scansionato per essere certi che non ci siano segnali di stop precoci (che darebbero origine ad una proteina tronca). Quest'ultimo è il processo che ci interessa.
Nota tecnica sul meccanismo con cui avviene tale scansione (può essere saltato da chi non ha conoscenze di biologia molecolare).
Il controllo di qualità, noto come nonsense-mediated mRNA decay (NMD), vede il ribosoma riconoscere prima la struttura (CAP) posta all'estemità 5' del mRNA, quindi una volta "agganciatosi come su una rotaia", inizia a scorrere lungo il messaggero fino a che incontra dei segnali che, diminuendone l'affinità, ne facilitano il distacco. Se durante questa scansione il ribosoma si imbatte in un codone di stop prematuro (PTC), vale a dire posto prima del complesso proteico che siede su ogni giunzione tra due esoni (EJC), il segnale "percepito" è: qualcosa è andato storto nella maturazione del mRNA. Il segnale di stop "vero" (quello che dice "fine del messaggio codificante") è infatti a valle dei siti di splicing. Se si trova prima allora deve essere falso e tradurre questo messaggio equivarrebbe a produrre una proteina tronca (non funzionale o peggio con funzionalità anomala). Una volta attivato l'allarme, vengono richiamate sul posto una serie di proteine che trasferiscono il messaggero in zone particolari del citoplasma (p-bodies) dove il messaggero viene degradato (vedi qui per un riassunto più approfondito).
Tra le proteine coinvolte nel segnalare l'esistenza di un mRNA anomalo, quella che ci interessa qui è chiamata SMG-1. Per due motivi: svolge un ruolo centrale nel processo ed è assente nella Arabidopsis thaliana.
Da qui l'errore concettuale che ha fatto ipotizzare
"se è assente allora vuol dire che le piante utilizzano meccanismi diversi da quelli degli altri eucarioti per effettuare questo controllo di qualità. Non è strano. Anche i funghi ne sono privi e gli invertebrati usano un meccanismo modificato".
Ipotesi accettabile se non fosse che un team di ricerca inglese ha scoperto che semmai è la Arabidopsis ad essere un caso: le altre piante non solo hanno la proteina SMG-1 ma il meccanismo è sovrapponibile a quello animale.
Come se non bastasse, la proteina è stata trovata anche in un cugino della thaliana, la Arabidopsis lyrata (linee evolutive separatesi solo 5 milioni di anni fa, per intenderci meno della distanza tra noi e gli scimpanzè).
Come a dire, c'è voluta una bella mira per scegliere la pianta sbagliata da usare come modello.

Certo non si tratta di una vera Waterloo per la A. thaliana come modello sperimentale. Sono troppi gli indubbi vantaggi ad essa associati (facilità di coltivazione, genetica e conoscenze acquisite) per mandarla in pensione. Pensiamo solo ai 3800 articoli pubblicati solo nel 2013 su di essa.
La lezione da portare a casa è, usando le parole di Brendan Davies, l'autore dell'articolo, "questa è una lezione per tutti noi sui pericoli di generalizzare dati ottenuti senza la verifica contemporanea su più modelli. L'evoluzione fa cose strane ed imprevedibili".
O semplicemente, dico io, ci si è adagiati troppo facilmente sul modello migliore a disposizione senza fare i controlli incrociati che il pensiero scientifico richiede.


Fonti
- Plant scientists have been studying wrong plant
University of Leeds, news

- SMG1 is an ancient nonsense-mediated mRNA decay effector
James P. B. Lloyd, Brendan Davies, The Plant Journal (Ottobre 2013) DOI 10.1111/tpj.12329 



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clicca il tag "Dimensione X" per i post su argomenti in cui il rigore scientifico si scontra contro pratiche "ideologiche" o peggio "illogiche".

Il gene del matrimonio. Quando la genetica predice la stabilità di un rapporto

Perché alcune persone sembrano nate per la vita di coppia, riuscendo a trarne vigore per alimentare una vita serena, mentre altre, pur partendo da uguale entusiasmo, naufragano nella disaffezione in pochi anni, se non in pochi mesi?
La natura umana, la voglia di fare funzionare le cose e un pizzico di fortuna risponderanno in molti.

Sarà, ma chi mi conosce sa bene che le spiegazioni a-biologiche e/o umanistiche non mi soddisfano. La fisica e la biologia sono alla base di ogni meccanismo, e il comportamento non può sfuggire a tale condizionamento (vedi articoli precedenti "Biochimica dell'Amore", "Geni e Comportamento" e "Biologia e Creatività"). Una visione sostanziata dalle scoperte scientifiche degli ultimi decenni e che ha permesso di sollevare il velo su parte dei meccanismi neurobiologici alla base del comportamento.
credit:ericlbachcpa

La domanda nel paragrafo iniziale non è casuale, ma è la stessa a cui ha cercato di dare una risposta lo studio pubblicato dai ricercatori della University of California Berkeley e della Northwestern University di Chicago.
Il lavoro, pubblicato sulla rivista della American Psychological Association, Emotion, mostra che l'allele di uno dei geni coinvolti nella regolazione del neurotrasmettitore serotonina, fornisce la chiave (meglio dire una delle chiavi) anticipatoria per capire se la vita coniugale del soggetto sarà serena e duratura.
In ultima analisi permette di associare la "genetica delle emozioni" con la vita di coppia.

Voglio anticipare eventuali obiezioni.
No, la scoperta non mi stupisce. Per una serie di motivi:
  • in primis i rapporti di coppia non hanno nulla di trascendentale; la loro stabilità sul lungo periodo è direttamente legata alla stabilità emotiva delle persone che la compongono;
  • il gene coinvolto è ben noto ai neurobiologi in quanto alcune sue varianti sono associate a disturbi della sfera emozionale e alla depressione
  • bassi livelli del neutrosmettitore serotonina, sono tipici in disturbi dell'umore e nella patologia ossessivo compulsiva.
Il trasportatore (in verde) rimuove la serotonina
inutilizzata dallo spazio intersinaptico
Analizziamo i risultati illustrando i geni protagonisti. L'allele indiziato è la variante del gene codificante per SLC6A4 (la cui zona polimorfica è nota come 5-HTTLPR) che codifica per una proteina la cui funzione è "catturare" la serotonina libera nel canale sinaptico, una proteina quindi fondamentale per controllare i livelli del neurotrasmettitore.
La variante allelica qui studiata codifica per la forma "corta" della proteina, caratterizzata da una minore attività rispetto alla forma lunga (sia come attività specifica che per la minore quantità di proteina prodotta). Meno trasportatore della serotonina equivale a minore rimozione del neutrotrasmettitore dal canale sinaptico e quindi un aumentato tempo di funzionalità della serotonina.


Il "ciclo vitale" della serotonina (®knowmental.com)
Poiché la serotonina è centrale nella comunicazione tra amigdala (la parte primitiva emozionale) e corteccia cingolata (responsabile dell'autoriconoscimento e della "parte razionale"), ogni alterazione del circuito emozione-razionalità porta ad una risposta "di pancia" agli stimoli esterni.

In termini semplici è nella dominanza della amigdala la chiave per capire se e quanto bravi siamo ad affrontare le situazioni stressogene. Tanto minore il controllo esercitato dalla parte corticale sulla amigdala tanto maggiore la risposta emotiva guidata dal nostro cervello primitivo.

Riassumendo il contenuto dell'articolo in una frase, individui il cui corredo genetico consiste di questo allele in duplice copia (ereditato cioè sia dalla madre che dal padre) sembra essere la peggior dote nuziale per una relazione soddisfacente.

Nei successivi paragrafi ho inserito alcune note per sottolineare alcuni concetti di genetica di base utili, ma non essenziali, per la comprensione del tema oggi affrontato.
Nota. Da quanto scritto sopra potrebbe sembrare che l'allele corto è un allele "cattivo". No. Non è corretto, in questo caso specifico, parlare di alleli "cattivi" vs alleli "buoni"è errato. Non si tratta infatti di mutazioni che alterano la fitness riproduttiva dell'individuo. E la fitness riproduttiva è l'unico elemento con cui si esercita la pressione evolutiva. Per un allele essere selezionato positivamente o "non essere contro-selezionato" è indice di vantaggi associati o la non dannosità (uguale neutralità), rispettivamente. In entrambi i casi è assente la pressione selettiva che rimuove l'allele dalla popolazione. Rimozione tanto piu' veloce quanto più negativo è l'effetto sulla fitness. Senza pressione selettiva l'allele permane nella popolazione a livelli bassi, salvo fenomeni legati alla segregazione casuale che possono determinare l'improvvisa scomparsa o arricchimento dell'allele nella popolazione. Fenomeni tanto piu' probabili tanto più piccola è la popolazione. Può anche capitare che un allele neutro o moderatamente negativo diventi vantaggioso in determinate condizioni ambientali (ad esempio l'allele della talassemia). In questi casi la frequenza dell'allele potrà variare tra due popolazioni originariamente identiche ma che hanno colonizzato, e si sono adattate, ad ambienti diversi.
Uno dei modelli più interessanti per spiegare il permanere nella popolazione dell'allele corto è l'esempio dell''orchidea e del dente di leone: l'orchidea prospera se le condizioni sono ottimali mentre il dente di leone è in grado di adattarsi ad ogni ambiente. 
L'orchidea corrisponde alle persone molto sensibili (ansietà uguale aumentata attenzione al mondo esterno), il dente di leone ai soggetti che si curano solo dell'essenziale.
Nota. La genetica ci dice che la forma corta della proteina nella popolazione umana primordiale (prima di 80 mila anni fa) era assolutamente trascurabile; eppure oggi il 25-30% della popolazione ne è portatrice. Un fatto che non si spiega con fenomeni di deriva genica, bottleneck e/o founder effect. L'ipotesi corrente è che prima della accelerazione evolutiva iniziata 100 mila anni fa, la presenza di individui più sensibili (ma anche curiosi, etc) non fornisse alcun vantaggio evidente alla popolazione, tra l'altro numericamente assai esigua. I numeri erano troppo piccoli per permettere di tollerare comportamenti "varianti". L'allele non era tuttavia "dannoso" se presente in un numero ristretto di individui in quanto forniva l'elemento innovatore legato alla maggiore curiosita' verso il mondo circostante. E' probabile, data l'attuale frequenza dell'allele, che con l'incremento demografico (e la pressione selettiva dell'ambiente minore grazie alle innovazioni umane come la cottura del cibo) queste pecularità caratteriali siano diventate sempre più importanti. Tornando al paragone tra orchidee e dente di leone, la composizione ottimale di piccoli gruppi di individui immersi in un ambiente ostile è quella costituita da "denti di leone" (efficienti e facilmente adattabili) con solo una certa percentuale di orchidee (meno resistenti ma innovatori). Curiosamente (o no?) nelle diverse popolazioni umane la percentuale di "orchidee" varia. Ma questa è un'altra storia ... .

Fatta la panoramica generale passiamo al lavoro appena pubblicato, risultato di uno studio ventennale che ha coinvolto 156 coppie sposate da più di 20 anni, seguite dai ricercatori dal 1989.
Ogni cinque anni, le coppie andavano a Berkeley per rispondere a domande sulla loro soddisfazione coniugale ed essere sottoposti a test sul loro grado di interazione. Le varie tecniche usate nei test erano finalizzate a decodificare le emozioni dei coniugi in modo da "carpirne" le vere sensazioni e le aspettative future di ciascun membro della coppia. Tra queste tecniche, test basati sull'analisi delle espressioni facciali, linguaggio del corpo, tono della voce e dall'analisi degli argomenti di discussione. 125 dei partecipanti acconsentirono a fornire campioni di DNA per integrare i dati del profilo psicologico con quelli genetici.
Risultato. Le persone omozigoti per la forma corta, corrispondenti al 17 per cento del campione, mostravano una forte correlazione tra il tono emotivo delle loro conversazioni e la percezione del loro matrimonio. Nel restante 83 per cento dei casi la qualità emozionale nelle loro discussioni mostrava un legame scarso o nullo con le aspettative di soddisfazione coniugale per il decennio successivo.

Riassumendo il tutto, il successo matrimoniale (quindi l'equilibrio emotivo necessario) è direttamente correlato con i tratti genetici della coppia. Particolare indicativa è la presenza dell'allele per la forma corta del trasportatore.
Perchè?
"Ottovolante emotivo"
Abbiamo visto prima che la caratteristica comune dei portatori della forma corta della proteina è quella di "esasperare" l'intensità delle sensazioni provate. Siano esse negative (legate ai normali screzi) o quelle positive vissute nei momenti di tenerezza e di allegria. L'insieme di queste emozioni inducono, in soggetti predisposti, un ottovolante emotivo. Una situazione, a ben guardare, comune a molte coppie con evidente "rischio durata".
Al contrario, la presenza di almeno un'allele "lungo" (quindi sia negli eterozigoti che negli omozigoti) si associa a risposte emotive nella norma, caratterizzati da un maggior equilibrio nelle diverse fasi estreme (crisi vs felicità). L'allele lungo rimuove è più efficiente nel rimuovere gli eccessi di serotonina e quindi a ridurre nel tempo la durata dell'allarme emotivo "sparato" dalla amigdala.
Attenzione, questo non vuol dire che le coppie con diverse varianti siano tra loro incompatibili, ma suggerisce che la presenza nella coppia di almeno un individuo omozigote per l'allele corto introdurrà un elemento di stress ulteriore oltre a quello tipico della vita di coppia. Queste persone avranno cioè maggiori probabilità di arrivare ad una rottura del matrimonio in presenza di fattori di stress ma anche di essere molto più felici se i casi della vita li avranno preservati da tali fattori.
Un modo tecnico per dire che queste persone prosperano nella tranquillità domestica e mal sopportato il verificarsi di crisi
Chiaro che se il "guastatore emotivo" è uno solo, è più facile che vi sia una compensazione basata sull'amore reciproco rispetto al caso in cui entrambi i membri della coppia siano soggetti a ottovolanti emotivi. Non mi sorprenderebbe troppo scoprire che questi ultimi sono anche quelli con un rapporto più intenso nei primi mesi di convivenza che poi deflagra al termine del periodo della "luna di miele".

Quanto affermato da uno dei ricercatori coinvolti è molto importante: "nessuna di queste varianti genetiche è intrinsecamente migliore [Evolutivamente - NdB]. Ognuna ha i suoi vantaggi e svantaggi".

Un dato ancora più interessante è che il legame tra i geni, l'emozione e la soddisfazione coniugale è particolarmente pronunciato negli individui più anziani. Dato non casuale visto che in tarda età - proprio come nella prima infanzia - siamo massimamente sensibili alle influenze dei nostri geni.


Fonti
- The 5-HTTLPR Polymorphism in the Serotonin Transporter Gene Moderates the Association Between Emotional Behavior and Changes in Marital Satisfaction Over Time.
Haase CM et al, Emotion. 2013 Oct 7

- Wedded bliss or blues? Scientists link DNA to marital satisfaction
 University of California Berkeley, news

Rimuovere la CO2 in eccesso dall'atmosfera. Studio pilota

Il tema dell'importanza del monitoraggio della CO2 atmosferica è, faticosamente bisogna dire, riuscito ad emergere dall'alveo specialistico delle discussioni accademiche per entrare di prepotenza nei media. Molto spesso a sproposito dato che si parla del cambiamento climatico in atto ad ogni pioggia; un atteggiamento che il più delle volte ha il secondo fine di coprire le malefatte umane legate alla gestione criminale del territorio. Giusto per fare un esempio l'alluvione di Firenze del '66 fu un evento naturale tipico delle citta' nate a cavallo dei fiumi; il disastro di Genova di qualche anno fa non fu la conseguenza del clima impazzito ma dell'incuria nella gestione delle vie di scarico delle pioggie a monte. La recente tragedia sarda potrà essere attribuita al clima se e solo se si scoprirà che il mar ligure è diventato improvvisamente sede della prima tempesta tropicale mediterranea.
Quindi l'importante è sempre distinguere le cause "vere" in un problema ... se il fine è quello di affrontarlo adeguatamente. Questa premessa è doverosa in quanto il problema dell'innalzamento dei livelli di CO2 è troppo importante prospettivamente, per i motivi che vedremo in seguito, per usarlo allo scopo di coprire altre cause "evidenti".
Negli ultimi la battaglia tra "allarmisti" e "negazionisti" è stata accesa e come spesso avviene questo non aiuta alla comprensione del fenomeno. O meglio a distinguere tra i normali cicli naturali planetari e il nostro "aiuto" ad alterare l'equilibrio naturale.
Dicevo che lo scontro tra le due scuole di pensiero è stato aspro al punto che una parte negava l'esistenza stessa del problema e le ripercussioni sul clima (attribuite a cicli naturali) mentre l'altra evocava scenari da fine del mondo imminente. Probabile che come spesso avviene la ragione stia nel mezzo e che quello a cui noi assistiamo sia un mix tra un ciclo naturale (pensate alla maggiore frescura del nord Africa che in epoca romana era una grande distesa di grano oppure al clima mite del tardo medioevo durato 500 anni - vedi Periodo Caldo Medievale) e l'impatto che l'utilizzo  di combustibili fossili su larga scala a partire dall'800 ha indotto. Un trend ininterrotto e anzi in fase di crescita in quanto alla consapevolezza di parte del mondo occidentale si contrappone la pericolosa escalation nell'immissione di CO2 da parte di India e Cina (con livelli mai registrati in Europa).
Un dato non irrilevante se si considera la fondamentale importanza termoregolatrice che l'intrappolamento dell'anidride carbonica nelle rocce e nelle acque ha avuto nelle storia del pianeta (rimando al libro "Il Mondo d'acqua" di Frank Schatzing di per chi volesse avere una panoramica generale ma precisa e rivolta anche ai non addetti ai lavori).

Se bloccare l'emissione della CO2 tornando a livelli preindustriali è improbabile al netto delle visioni alla Rousseau, almeno finchè le energie alternative non saranno diventate veramente convenienti, rimuovere l'eccesso liberato è invece una strategia più interessante. In altre parole copiare la natura intrappolando l'anidride carbonica nelle profondità della Terra, da cui era originata.
Credit: PNNL; Nature

Uno di questi approcci (a sinistra) è quello portato avanti nel nord-ovest degli USA, dove i geologi hanno pompato 1000 tonnellate di CO2 nella roccia porosa sottostante; porosità originata dalla liberazione della CO2 durante il raffreddamento del magma. Restituire quanto liberato milioni di anni fa, questo riassume il concetto base del progetto.
Domanda ovvia. Come assicurarsi che il gas rimanga in sede e non ritorni in superficie attraverso il pozzo? Tappandolo con roccia "dura" in attesa che si sciolga nelle rocce e acque adiacenti rimanendo intrappolato su tempi geologici. Intrappolamento che ricordo ancora una volta è quello che è avvenuto "naturalmente" in passato.
Un progetto simile è portato avanti in Islanda dalla collaborazione tra ricercatori europei e americani.
In entrambi i casi i dati sono più che incoraggianti, visto che il processo di mineralizzazione (quindi di intrappolamento) è più veloce del previsto.
Una volta scelta la roccia ideale (basalto, arenaria, etc) e verificata la fattibilità del progetto la sfida cruciale sarà non solo catturare la CO2 direttamente alla fonte, cioè negli impianti industriali, ma soprattutto trasferirla ai siti di immagazzinamento in modo che sia sostenibile economicamente.
I prossimi anni, sempre che l'inquinamento sino-indiano non provochi cataclismi irreversibili, ci diranno se è quanto questo progetto sia implementabile su larga scala.

Un progetto simile è portato avanti dalla ENEA nel Sulcis: immagazzinare la CO2 a 800 metri di profondità, sfruttando le vecchie miniere di carbone. In pratica si tratterebbe di riportare il carbonio nelle profondità in cui era rimasto intrappolato sotto forma di carbone. Rimango in attesa degli sviluppi anche se, l'esperienza italiana insegna, il rischio che sia una impresa volta a drenare soldi pubblici più che a un progetto "vero" resta. Spero veramente tanto di essere smentito dai fatti.

Fonte
- Pilot projects bury carbon dioxide in basalt
Nature 500, 18 (2013)

- Sulcis: un caso, una opportunità
sito dell'ENEA

Identificare l'autismo dallo sguardo dei neonati?

Identificare l'autismo dallo sguardo dei neonati? Uno studio americano pensa sia possibile.
 
I bambini autistici mostrano già nei primissimi mesi di vita una minore propensione a stabilire un contatto visivo con le persone con cui entrano in contatto. Questo è quanto emerge da uno studio preliminare pubblicato nelle scorse settimane sulla rivista Nature da Warren Jones, direttore del  Marcus Autism Center di Atlanta.
Se il dato verrà confermato da uno studio epidemiologico più ampio, vorrà dire avere a disposizione uno strumento per la diagnosi precoce dell'autismo, una malattia estremamente eterogenea e ad eziologia praticamente ignota. La definizione più corretta della malattia è non a caso Autism Spectrum Disorder (ASD).
Diagnosi precoce vuole dire attivare il prima possibile un percorso mirato a facilitare "l'uscita dal guscio emozionale" in cui questi bambini si trovano. Non si tratta, ovviamente di guarire ma di minimizzare i problemi che ogni persona autistica (e la sua famiglia) dovrà  affrontare crescendo, facilitando la loro capacità di comunicare (e di essere compresi).

Il team di Jones ha seguito 110 bambini dal momento della nascita fino al secondo anno di età. 59 di questi erano soggetti "a rischio" in quanto avevano un fratello (ricordo che nella maggior parte dei casi la malattia colpisce i maschi) affetto, mentre i restanti erano i controlli, cioè bambini appartenenti a famiglie senza casi pregressi. Un numero di bambini non molto alto ma idoneo per uno studio preliminare considerando che la frequenza dell'ASD nella popolazione è di 1 su 88 (altri dettagli qui).
Durante il periodo dello studio i bambini sono stati visitati circa 10 volte ad intervalli regolari. I test comportamenti consistevano nel mostrare loro video di persone seguendo con particolari strumenti la direzione dello sguardo. "I bambini nascono una forte predisposizione innata per il contatto visivo", afferma Jones. "Soprattutto i più piccoli tendono a focalizzarsi sugli occhi di chi osservano, molto di più che verso altre parti del volto".
Tra i bambini seguiti tredici, diagnosticati successivamente come autistici, mostravano delle anomalie nel test visivo. Dodici di questi bambini appartenevano al gruppo "a rischio".
I risultati del test sono diversi a seconda dell'arco temporale considerato. Mentre nei primi due mesi di vita il "comportamento visivo" è uguale tra autistici e non, dal secondo mese in avanti (ed entro il sesto mese) si assiste ad un costante decremento nei bambini autistici nella capacità di (l'interesse a) fissare gli occhi del soggetto mostrato nel video.
I ricercatori invero si aspettavano delle differenze marcate fin dalla nascita e non dal secondo mese. Tuttavia il dato mostrato, preliminare, è molto importante in quanto permette di iniziare fin da subito una terapia atta a favorire dei miglioramenti quando ancora il cervello è al massimo della sua plasticità. Uno dei problemi della ASD è che, data l'estrema eterogeneità dei sintomi, la diagnosi può arrivare anche dopo alcuni anni quando la capacità di "recupero" del bambino è fortemente compromessa. Iniziare il prima possibile è quindi l'unica strategia utile.

Jones tuttavia invita, saggiamente, alla cautela, "aspettiamo che vengano ultimati gli studi su un campione di bambini molto maggiore". Ovvia precisazione, ma nel frattempo si può cominiciare a prendere atto dell'esistenza di questo possibile strumento diagnostico.

(Articoli precedenti in questo blog sul tema autismo qui e qui)

Fonti
- Attention to eyes is present but in decline in 2–6-month-old infants later diagnosed with autism.
 Warren Jones & Ami Klin. Nature (Novembre 2013), doi:10.1038/nature12715


Bentornato Luca Parmitano

Bentornato Luca Parmitano


L'astronauta Luca Parmitano, il comandante russo Fyodor Yurchikhin e l'astronauta della NASA Karen Nyberg sono da poco atterrati nella steppa del Kazakistan, con la stessa navicella Soyuz TMA- 09M che li aveva trasportati  il 29 maggio alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).
Certo, l'eleganza del rientro sulla Terra dello space Shuttle era tutt'altra cosa rispetto al paracadute vecchio stile della Soyuz. Ma tant'è. E' il frutto del passaggio dalle missioni spaziali sovvenzionate dallo stato a quelle in cui il capitale privato (le logiche commerciali e quindi l'attenzione ai costi) sono dominanti.
Frutto della collaborazione stato/privato sono la navicella cargo Cygnus, trasportata in orbita dal razzo Antares e prodotta dalla Orbital Sciences Corporation. Da ricordare il grande contributo italiano alla stazione orbitale attraverso la Thales Alenia Space (una partecipata di Finmeccanica). L'accordo tra la Orbital e la Nasa prevede 8 missioni per rifornire la stazione spaziale, nella prima delle quali, di prova, la Cygnus ha trovato Luca Parmitano ad aspettarla.
L'altro partner privato che si affianca alla Nasa è la compagnia SpaceX.
Credit: ESA

Dopo il rientro della capsula, Parmitano e la Nyberg sono stati subito trasferiti  a Houston, in Texas, per essere sottoposti a controlli medici di routine prima dell'incontro con i media svoltosi il 13 novembre.
L'avvicinamento del cargo Cygnus (®ESA)
Sono passati cinque mesi da quando il nostro astronauta è partito alla volta della stazione spaziale nell'ambito della missione Volare, frutto dell'accordo bilaterale tra l'Agenzia Spaziale Italiana e la NASA. Nel lungo periodo di tempo trascorso in orbita Parmitano, che si è detto pronto a ripartire subito, ha eseguito più di 30 esperimenti scientifici, due attività extraveicolari (nell'ultima delle quali ci ha "quasi" fatto spaventare a causa di un malfunzionamento della tuta che ha di fatto annullato la visibilità del casco) e vari compiti operativi, tra i quali il trasferimento di un migliaio di prodotti dalla navicella cargo alla stazione e, ovviamente, i tanti compiti di routine per il mantenimento della perfetta funzionalità dell'avamposto orbitale.
L'attività esterna aveva lo scopo di predisporre esperimenti e preparare la stazione per un nuovo modulo russo il cui lancio è previsto per il prossimo anno.

Tra gli esperimenti scientifici condotti ne cito alcuni (per una descrizione completa vedi qui):
  • studio delle emulsioni, particolarmente utili in campo farmaceutico e alimentare per la produzione di prodotti di più facile conservazione.
  • mediante un forno appositamente creato sulla navicella, in grado di scaldare il metallo fino a 1400 °C, ha studiato le microstrutture che si formano durante il processo di fusione delle leghe metalliche. Il fine ultimo è la creazione di metalli ultra-leggeri e stabili, particolarmente importanti nell'era spaziale. Esperimenti da condurre in orbita a causa delle particolari condizioni di microgravità e che proseguono nel solco iniziato dalle missioni precedenti. I miglioramenti cercati sono su diversi livelli (qualitativi, economici e di tempo) e riguardano principalmente la produzione di leghe di titanio.
  • studio delle modificazioni del proprio corpo nello spazio. Tra queste i processi di invecchiamento tissutali e la regolazione del sonno al variare delle condizioni ambientali.
Tutti esperimenti necessari per preparare le future, e più impegnative, missioni spaziali (vedi le problematiche sanitarie e gli studi condotti sulla Terra qui).

Sicuramente una missione indimenticabile per Luca Parmitano, la sua prima in orbita e di cui si può avere un racconto dettagliato e "in tempo reale" dalla lettura del suo blog ospitato dalla ESA.
Il prossimo a volare verso la Stazione sarà Alexander Gerst. Il lancio è fissato per il 28 Maggio 2014 dal Kazakistan.

Cinque mesi fa il saluto alla figlia prima della partenza (All credits to Reuters/Repubblica)

Altri articoli di interesse
Salute e viaggio spaziale: come la NASA sta affrontando i problemi --> qui 
La missione di Samantha Cristoforetti --> qui


Fonti e siti di interesse (altri link sono integrati nel corpo dell'articolo)

Le dimensioni contano? Un dilemma "evolutivo" per il maschio

A partire dall'adolescenza un dubbio attanaglia il maschio medio: le dimensioni contano?
Inutile scuotere la testa! E' un fatto che ogni volta che un quotidiano o una rivista ospita articoli su tale argomento, la percentuale di lettori si impenna. Sebbene nessuno ammetterà mai di averli letti, il fatto stesso che vengano riproposti ad ogni stagione, magari con un adeguato richiamo in copertina, è la migliore evidenza della popolarità di tale argomento. 
Del resto le rappresentazioni "fuori scala" presenti sia nelle pitture rupestri che nei reperti archeologici sono li a ricordarci che questa domanda non è una prerogativa della società moderna volta a premiare le apparenze.
Ora, date le tematiche affrontate in questo blog, mai avrei mai pensato di trattare questo argomento se non ne avessi trovato traccia su una seria rivista scientifica come Proceedings of the National Academy of Sciences of America (PNAS) con un articolo dall'eloquente titolo
"Penis size interacts with body shape and height to influence male attractiveness".
Un argomento non nuovo come dicevo, di cui molti anni fa avevo già letto alcune ipotesi in un libro dell'etologo Desmond Morris. Partiamo dalla premessa di base: l'organo genitale maschile è sproporzionato rispetto alle dimensioni dell'essere umano. Il dato emerge dall'analisi comparativa tra i maschi nelle diverse specie di mammiferi.
Questo dato di fatto innesca la domanda su quale sia la pressione selettiva responsabile di questa "specificità". Pressione selettiva in questo caso vuol dire vantaggio riproduttivo. Vantaggio riproduttivo vuol dire chiedersi se la dimensione sia un elemento importante nella scelta del partner maschile da parte della femmina.
L'argomento non deve però essere affrontato usando come riferimento la società attuale ma, perchè abbia senso, deve trovare dei supporti teorici nei nostri antenati ominidi i quali vagavano tranquillamente ignudi, esponendo quindi la propria dotazione (che ricordiamo non è retraibile come avviene in altri animali) proprio come nel mondo animale avviene con colori, forma, piumaggio, etc.
Se fosse provata, tale "preferenza" avrebbe senso la sua presenza, magari a livello subliminale, ancora oggi. 

Dai miei articoli oramai dovrebbe essere chiaro che la mia visione dell'essere umano è in tutto e per tutto "biologica". Le nostre sensazioni, preferenze e comportamenti innanti sono fortemente condizionate dalla neurobiologia (vedi la serie di articoli "La biochimica dell'amore"). Essendo noi animali sensizienti possiamo studiare il nostro comportamento, comprenderlo e, dove necessario, "controllarlo" (le leggi nascono appunto con questo scopo "educativo"). Ogni nostra preferenza (cibo, partner, etc) risponde a precisi input innati e la letteratura scientifica è ricca di testi, anche divulgativi, in grado di spiegare l'attrazione per fianchi, seni e quant'altro. Ovviamente il consiglio è sempre quello di consultare la nota biografica degli autori privilegiando tra questi quelli di comprovata professionalità.

Torniamo al punto di partenza, le dimensioni fuori norma rispetto agli altri mammiferi, e la domanda conseguente: sono il risultato di una segregazione casuale nei nostri antenati oppure c'è stata una pressione esercitata da chi, per forza di cose, ha in ultima istanza il potere riproduttivo, cioè la femmina? Se esiste una pressione selettiva, allora ci deve essere una ragione biologica che la spiega.

La monogamia, praticamente assente negli altri mammiferi, è un tratto caratteristico dell'essere umano. Una condizione legata al considerevole investimento di tempo necessario per allevare la prole. Esiste un qualche rapporto tra monogamia (quindi forte attenzione nella scelta del partner) e dimensioni? Non è una ipotesi campata per aria, visto che è stata piu' volte presa in considerazione per spiegare altre pecularità del maschio umano, come l'assenza delle spine del pene. L'ipotesi più accreditata, anche se non definitiva, è che la monogamia rese non più necessaria la competizione tra il seme dei diversi maschi per fertilizzare la stessa femmina (articolo sull'argomento sul National Geographic). Non è fuori luogo quindi ipotizzare che la femmina abbia in qualche modo selezionato il maschio attuale anche per le dimensioni dei genitali.

Queste sono alcune delle considerazioni che chiariscono l'interesse per lo studio pubblicato su PNAS. Nell'articolo si evidenzia che la attrattività maschile è la risultante sinergica della dimensione dei genitali e dell'altezza del maschio. Vale a dire che ciascuno di questi caratteri presi separatamente ha un peso minore della loro somma: le dimensioni contano di più se si è alti. Un correlazione positiva che però si interrompe al di sopra di una certa dimensione dei genitali.
Non basta. Oltre all'altezza un altro elemento importante nella sinergia dimensionale è la forma del corpo, definita dal rapporto spalle-fianchi.
Nota. Lo studio si è avvalso di elaborazioni tridimensionali al computer raffiguranti corpi maschili che variavano per una serie di parametri fisici. Delle 343 figure maschili possibili, risultanti dalla combinazione dei tratti fisici, ne vennero mostrate delle serie di 53 figure a caso a 105 donne per circa 4 secondi. Un tempo sufficiente per una risposta istintiva. Le elaborazioni pur se casuali erano state predisposte per mantenere una correlazione positiva tra altezza e lunghezza del pene. L'età media delle esaminatrici (europea ed asiatica con percentuali di 70% e 20% rispettivamente) è di 26 anni
Tre esempi (il medio e due estremi) delle elaborazioni mostrate (Credit: Brian Mautz / PNAS) 

La conclusione dello studio è chiara: la preferenza istintiva delle femmine va verso la combinazione dimensione/altezza. Tale scelta è responsabile allora di una pressione selettiva esercitata sui maschi della specie, tipicamente umano (assente nei primati). Un dato tanto più importante se si tiene a mente il vecchio adagio "mater semper certa pater numquam", un concetto sostenuto da alcuni dati non ufficiali (che derivano dalla mia personale esperienza di laboratorio) che vede intorno 20% la frequenza di figli da padri "non ufficiali". La femmina ha come scrivevo sopra l'ultima parola su quale sia, anche se a livello inconscio, il maschio (quindi il donatore di materiale genetico) migliore.

 Relazione tra attrattività (normalizzata per forma del corpo e altezza) e dimensioni del pene flaccido (Credit: Brian Mautz / PNAS). Si noti la relazione lineare positiva fino a una certa dimensione e il successivo decremento marginale al di sopra di un dato valore (regressione quadratica). Il valore medio usato qui come riferimento (9 cm) è quello pubblicato in uno studio del 2001 su un campione di giovani italiani (Ponchietti et al).
Lo studio lascia ovviamente una serie di punti irrisolti come l'estrema eterogeneità dimensionale dei genitali nella popolazione, anche una volta che il campione esaminato sia stato normalizzato per "identità" di popolazione. Che tale varianza intrinseca sia dovuta a normali variazioni nella componente ormonale (o ambientale) oppure al fatto che la pressione selettiva non è stata così forte da rimuovere gli le "code" della distribuzione, non è chiaro.
Ugualmente non chiara è la spiegazione biologica di questa preferenza. Ricordiamoci che dobbiamo cercarla non con gli occhi "moderni" di ricerca del piacere ma con la prospettiva dei primati e prima ancora di mammiferi.
Forse la spiegazione è semplice, e senza spiegazioni funzionali, come il piumaggio dei pavoni; un parametro indiretto della prestanza fisica e a ruota della idoneità genetica.
Un quesito indubbiamente difficile da risolvere con certezza.


Fonti
- Penis size interacts with body shape and height to influence male attractiveness
Brian S. Mautz PNAS April 8, 2013
- Bigger not always better for penis size
 Nature, 2013

Polio e TBC: quando il passato minaccia di ritornare (in Europa)

WILL SYRIAN POLIO SPREAD TO EUROPE? (Il virus della polio e' pronto a sbarcare in Europa dalla Siria?)
Questo il titolo di un articolo di Newsweek che riprende l'allarme lanciato da Nature la scorsa settimana. Ovviamente sui nostri giornali, impegnati come sono a trattare di politica, il campanello d'allarme non è suonato.

Mettiamola in altro modo.
Siamo pronti a tornare al mondo pre-antibiotico?
Il rischio di un salto indietro nel tempo fino all'era pre-antibiotico (un salto di soli 50 anni) è reale. Già in passato ho trattato delle ragioni che hanno facilitato l'emergere di ceppi batterici multiresistenti, conseguenza di una incredibile superficialità nell'utilizzo degli antibiotici.
Mycobacterium tuberculosis
Il fenomeno è particolarmente evidente nel caso del batterio responsabile della tubercolosi (Mycobacterium tuberculosis) di cui sono noti  ceppi resistenti a tutti gli antibiotici in uso. In questi casi l'unica strada terapeutica è una degenza prolungata (non dissimile da quanto avveniva nei vecchi sanatori) e, se si è fortunati, il trattamento con farmaci ancora in fase di sperimentazione.  Ricodo che in assenza di trattamento la tubercolosi uccide più del 50% dei soggetti.
Secondo le stime del WHO (World Health Organization) 27 sono i paesi in cui sono presenti ceppi multi-resistenti del Mycobacterium; 15 di questi sono in Europa.

TBC. Da malattia curabile ed eradicabile a emergenza mondiale


Tra i molti articoli apparsi in questi mesi che hanno affrontato l'argomento "vecchi patogeni tornano alla carica",  due sono molto preoccupanti e ci riguardano, come europei, da vicino.

Il primo tema si riferisce al monitoraggio della migrazione di patogeni ultra-resistenti dalle zone in cui la malattia associata è endemica alle città occidentali e/o ai centri di accoglienza profughi. Migrazione legata sia alla rapidità dei trasporti aerei che alla emergenza sbarchi, rispettivamente. Le problematiche connesse al primo caso si sono viste con l'importazione della SARS da Hong Kong a Singapore: la malattia è stata veicolata da una singola persona, uno steward, che infettò in un singolo volo 21 passeggeri. Nel secondo caso cito la rivista Internazionale del 30 settembre "Nei campi profughi in Medio Oriente la situazione sanitaria è grave. Le malattie più diffuse, scrive New Scientist, sono l’epatite, le infezioni polmonari e intestinali, e la leishmaniosi, causata da un parassita. La migrazione di massa dei siriani potrebbe inoltre modificare il panorama delle malattie nella regione, favorendo la diffusione di tubercolosi e schistosomiasi (un altro tipo di parassitosi)"

Il video della European Respiratory Society riassume gli elementi principali del rischio tubercolosi in Europa.


Il secondo tema riguarda il ritorno dal passato del rischio poliomenite (eradicata in occidente dal 1982) legato ai profughi siriani. Un allarme innescato dalla recrudescenza dei casi osservata in molte località della Siria e che ha spinto lo European Centre for Disease Prevention and Control (l'equivalente europeo in piccolo del Center for Disease Control americano) ad aumentare la vigilanza territoriale. Il rischio qui non è quello della resistenza agli antibiotici (essendo la poliomenite causata da un virus) ma quello che molti paesi europei si trovino spiazzati di fronte alla ricomparsa di un virus considerato quasi estinto. Sebbene la vaccinazione sia obbligatoria in Italia, lo stesso non si può dire di paesi a noi vicini (vedi i paesi balcanici). Un problema correlato è la diminuita attenzione al problema negli ultimi 30, una disattenzione che ha causato un calo delle procedure di verifica dell'avvenuta vaccinazione e/o dei "richiami". Inoltre alcuni paesi potrebbero avere allentato del tutto la prevenzione sia per problemi strutturali che economici. Ancora una volta il "corridoio" balcanico e dell''Europa dell'est è quello maggiormente a rischio.
Nota. Perchè una vaccinazione sia efficace a livello della popolazione non è sufficiente che il vaccino sia disponibile a tutti ma è fondamentale combattere una attitudine sempre più frequente che vede il vaccino come un trattamento inutile e rischioso a cui esporre i propri figli (vedi le leggende metropolitane del legame autismo-vaccinazione). Un atteggiamento quest'ultimo irresponsabile e deleterio non solo per il singolo (in un certo senso accettabile) ma per la popolazione in se (inaccettabile). L'epidemiologia delle malattie infettive è molto chiara a riguardo. Un "germe" rimane un rischio reale se esiste un serbatoio naturale costituito da soggetti sensibili e/o in grado di fungere da trasportatori. Evito di inserire qui troppe formule; è sufficiente ricordare che esiste un rapporto tra sensibili e resistenti, diverso nei diversi patogeni a seconda della dinamica infettiva, che permette di prevedere se una epidemia si espande, rimane latente fino alla comparsa di nuovi soggetti sensibili oppure si autoestingue.
Più di tante parole basta il grafico delle diverse zone a rischio in Europa. Solo degli irresponsabili trascurerebbero il rischio di epidemie per non avere voluto affrontare con decisione il problema.
Il rischio attuale di una nuova diffusione della polio (in grigio assenza di dati)  Credit: Nature
Essere consapevoli del rischio è solo il primo passo.

Articoli correlati in questo blog


Fonti
- Antibiotic resistance—the need for global solutions
The Lancet, novembre 2013 (PDF)

- World Health Organization (OMS/WHO)

- Global tuberculosis report 2013 (WHO)

- Polio risk looms over Europe 
   Nature 502, 601–602 (31 October 2013)

- Will Syrian Polio Spread to Europe?
Newsweek 8 Novembre


Viaggiare nello spazio vuol dire immobilità prolungata. Lo studio dell'ESA

Ho una profonda invidia per chi dopo anni di sacrifici ottiene l'idoneità a partecipare a missioni spaziali. Meno per i problemi che la permanenza prolungata in un ambiente innaturale per l'uomo induce. 
Molti e vari sono stati gli studi condotti negli ultimi 50 anni sulle conseguenze psicofisiche a breve e a lungo termine dell'assenza di gravità e dello stress da isolamento. Da quelli direttamente condotti sugli astronauti durante e al rientro dalla missione (in condizioni quindi di assenza di gravità, limitazione sensoriale, esposizione a radiazioni, affollamento, etc) agli studi che si sono avvalsi di volontari costretti in condizioni specifiche (in grotte, sott'acqua, etc). Ognuno di questi studi ha mostrato che, ovviamente, missioni prolungate hanno profonde conseguenze, in genere reversibili, sul corpo umano.
Pianificare viaggi lunghi (dove lungo vuol dire anche solo di una decina di mesi) impone, se non si vuole che il viaggio sia di sola andata, di sviluppare contromisure idonee atte a preservare, tra tante, la massa muscolare e la sanità mentale dell'astronauta.

L'ultimo studio in ordine di tempo, coordinato dalla ESA (Agenzia Spaziale Europea), si è concentrato sulla sperimentazione di tecniche motorie da utilizzare "in volo" allo scopo di prevenire  i guasti dell'immobilità forzata. Tra questi il più evidente è la incapacità dell'astronauta a reggersi in piedi autonomamente per diversi giorni dopo il rientro dalla missione. 
Credit: ESA
La ricerca, condotta nei laboratori di Tolosa, ha usato come "cavie" dei giovani volontari in ottima forma fisica che si sono sottoposti a tre sessioni di 21 giorni ciascuno di permanenza a letto. Un periodo già molto lungo per un malato (che però ha poca scelta non essendo in grado di fare altro) figuriamoci per dei giovani carichi di energia.
Ogni giorno per 21 giorni! (Credit: ESA)
La monotonia, la dieta controllata, l'impossibilità di respirare aria fresca e la stessa immobilità sono tutti elementi stressogeni importanti. Facile immaginare i problemi incontrati dai volontari durante e dopo ciascuna sessione, quando rimettere i piedi sul pavimento era difficile quanto reimparare a camminare. "I primi giorni di ogni sessione erano i peggiori", ha affermato uno dei volontari. " Il corpo ha bisogno di adattarsi e in tutto il tempo ho sofferto di emicranie e mal di schiena".

Lo studio BEDREST (questo il nome) non è stato solo "osservazionale" ma prevedeva un certo numero di attività diverse, compatibili tuttavia con l'immobilità a letto, finalizzate a testare la miglior contromisura a questo stato. Tra le condizioni testate, una dieta iperproteica, piastre vibranti sulla schiena e sugli arti e sedute di squat mediante appositi supporti (vedi foto).
Alcuni degli esercizi (credit:ESA)
Sebbene il test abbia messo a dura prova i giovani, non è stato psicologicamente estremo come quello un lungo viaggio in uno spazio ridotto avrebbe comportato. Ricordiamoci che non stiamo parlando degli spazi immaginati per l'astronave Enterprise ma di un qualcosa piu' simile ad un sommergibile. Dalle foto disponibili sul sito della ESA una delle cose che mi ha colpito è la presenza di finestre nelle camere in cui i volontari erano alloggiati. Sebbene comprensibile dati i fini dello studio (stress da immobilità e non da limitazione sensoriale), bisogna ricordarsi che tale benefit manca all'astronauta in viaggio verso Marte. Fuori solo lo spazio infinito ravvivato dalle stelle, sicuramente affascinante i primi giorni ma poi ... incredibilmente "vuoto".

Quindi sebbene i limiti intrinseci, sarà interessante poter leggere, quando verranno diffusi, le conclusioni della sperimentazione.

(Articoli successivi sul tema viaggi spaziali: Luca Parmitano; i rischi per la salute dei viaggi spaziali)

Fonte 
- ESA/Bedrest study
 http://www.esa.int

Su Saturno una pioggia di diamanti?

Su Saturno piovono diamanti liquidi? Condizioni fisiche estreme rendono (forse) possibile il verificarsi di eventi estremi.

Sui pianeti giganti del nostro sistema solare le condizioni ambientali sono talmente "particolari" da rendere possibile la pioggia di diamanti. Questa almeno è la teoria esposta da alcuni astrofisici americani durante la conferenza della Astronomical Society for Planetary Sciences tenutasi a Denver poche settimane fa (link).

Dopo la notizia che il pianeta 55 Cancri-e potrebbe essere fatto di diamanti (vedi a fondo il link a fondo pagina), sorge spontaneo chiedersi se gli astrofisici siano fissati con i diamanti e in contemporanea se non sia il caso di correre a prenotare un posto sulla prima navicella in rotta verso Saturno. Dopo averci pensato su qualche minuto decido che ... impegni precedenti mi rendono impossibile il partecipare a tale missione. Lascio il mio posto a qualche altro volontario.
Una scelta saggia dato che le condizioni base che renderebbero possibile la "pioggia di diamanti" sono così estreme da rendere quasi preferibile una gita sull'arroventato Mercurio.
Parliamo infatti di Giove e Saturno, pianeti gassosi in cui l'esistenza stessa di una superficie su cui atterrare è da scartare. Se anche vi fosse qualcosa di equivalente alla crosta planetaria la pressione esercitata dalla spessa atmosfera sarebbe tale da schiacciare il più resistente mezzo spaziale progettabile. E anche ammettendo, in puro stile fantascienza anni '50, che esistesse una superficie su cui atterrare e di possedere una navicella ultra-resistente adatta alla bisogna, bisognerebbe prima attraversare l'atmosfera in cui i venti raggiungono tranquillamente velocità intorno ai 360 km/h.
Questo è infatti l'ambientino in cui, secondo Mona Delitsky e Kevin Baines della University of Wisconsin, potrebbe avvenire spontaneamente la trasformazione allotropica del carbonio. Niente di incredibile se si pensa alle condizioni di pressione e temperatura che hanno reso possibile, nell'arco di centinaia di milioni di anni, la formazione dei diamanti nel nostro pianeta.
I due ricercatori sostengono che su Giove e Saturno esistono le condizioni base perchè ciò avvenga. In primis l'elettricità dei lampi in una atmosfera contenente metano avrebbe l'effetto di liberare atomi di carbonio, i quali unendosi formerebbero delle grandi nuvole di carbonio (immaginiamo per semplicità delle nubi di fuliggine), la cui esistenza è confermata dalle rilevazioni della sonda Cassini intorno a Saturno. Questi aggregati di particelle pesanti tenderebbero a scendere sempre più in basso nell'atmosfera attraversando gli strati ricchi di idrogeno fino a che la pressione atmosferica diverrebbe tale da liquefare l'idrogeno molecolare trasformandolo in idrogeno metallico, vale a dire quella condizione in cui i protoni sono molto ravvicinati e gli elettroni sono liberi di circolare nel reticolo multiatomico (appunto come in un metallo).
Diamante e grafite. Diversi ma uguali

In queste condizioni la fuliggine verrebbe compressa a livelli tali da formare prima la grafite, e poi i diamanti. Una visione scintillante (sempre che penetri la luce a queste profondità dell'atmosfera) ma di breve durata date le temperature presenti negli strati sottostanti. Raggiunti gli  8000 °C, il diamante stesso si liqueferebbe formando una pioggia di diamanti liquidi.
Possibile? All'interno (che in questo caso vuol dire "abbastanza sotto nell'atmosfera") di Giove e Saturno esistono tutte le condizioni perchè la pioggia di diamanti liquidi sia una realtà. A partire dai 6000 km sotto l'inizio dell'atmosfera e giù per altri 30 mila km, le condizioni sono "ideali". Secondo le stime di Baines, ci sarebbero almeno 10 milioni di tonnellate di diamanti prodotti in questo modo e di dimensioni variabili da pochi millimetri fino a rari pezzi di 10 centimetri".

L'ipotesi è talmente suggestiva da essere stata inclusa in un recente libro ("Alien Seas: Oceans in Space" di M. Carroll e R. Lopes) appartenente al filone "saggistica scientifica romanzata". Usando come punto di partenza i dati che via emergono dalle varie osservazioni cosmologiche (ad esempio il Progetto Keplero) si immagina come potrebbero apparire i diversi esopianeti finora scoperti. Gli stessi Delitsky e Baines si sono prestati al gioco divulgativo scrivendo la parte riguardante i "mari" dei giganti gassosi, immaginando come sarebbe possibile (qualora la Terra disponesse di tecnologie adeguate) sfruttare queste "miniere" planetarie. Gli autori ipotizzano che in un futuro nemmeno tanto remoto (nel 2469) sarà possibile inviare navicelle "minerarie" verso Saturno con un doppio fine. Recuperare gli abbondanti diamanti e usarli non come noi primitivi faremmo (ornamento e arricchimento) ma come materiale di rivestimento ultra-resistente per altre sonde da spedire nelle profondità del pianeta allo scopo di recuperare l'elio-3. A che fine? Questo isotopo dell'elio è considerato (nel mondo reale e non nella futuribile scienza del libro) come la fonte di energia ideale per le centrali a fusione di seconda generazione. 
Devo ammettere che il libro (per i capitoli che ho letto) è ben scritto ed il costo del formato ebook è accettabile. Non esiste al momento l'edizione italiana.

Tornando ai dati presentati alla conferenza, Delitsky e Baines concludono dicendo che "in base a quanto conosciuto sui pianeti giganti e integrato con le nozioni tecniche su come modificare la forma allotropica del carbonio, è estremamente probabile che i diamanti siano una realtà negli strati profondi di Giove e Saturno".
Certo esiste un problema non indifferente ma ... non veramente importante. E' vero che non possiamo (e probabilmente mai potremo) verificare se questa teoria sia corretta inviando una sonda nelle profondità del pianeta, tuttavia è altrettanto vero che la fisica alla base del funzionamento di una stella è universalmente accettata senza che nessuno imponga l'invio di una sonda dentro il sole per verificarla.
Le critiche sono altre e arrivano da altri astrofisici che negano la possibilità concreta che su Giove e Saturno ci sia traccia di diamanti. Secondo David Stevenson del California Institute of Technology, il duo Delitsky-Baines non avrebbe preso sufficientemente in considerazione la termodinamica. Il metano costituisce infatti una componente molto piccola (tra lo 0,2 e 0,5%) dell'atmosfera dei due pianeti, ricchi principalmente di idrogeno.
In tali sistemi diluiti, afferma Stevenson, "la termodinamica favorisce la miscelazione nello stesso modo in cui una piccola quantità di zucchero o di sale si scioglie in una grande quantità di acqua, meglio se ad alte temperature. Anche se si formasse della polvere di carbonio, questa si diluirebbe molto in fretta mano a mano che precipita verso gli strati più interni del pianeta".
Anche Luca Ghiringhelli, un fisico del Fritz Haber Institute di Berlino è scettico sulle conclusioni della coppia. In un articolo del 2007 aveva dimostrato che su Urano e Nettuno la quantità di carbonio presente (sotto forma di idrocarburi) non è sufficientemente alta, pur se maggiore di quella presente nei due giganti gassosi, da permettere la formazione ex novo di una struttura cristallina come il diamante. Pur non escludendo, dato che le condizioni su Urano e Nettuno sono ben diverse da quelle presenti nei giganti gassosi, che a pressioni elevate tale trasformazione possa avvenire in modo significativo, afferma che è prematuro avanzare ipotesi in tal senso.

Non ci resta allora che attendere gli sviluppi di questa discussione.



(Per maggiori informazioni sul "caso" 55 Cancri-e, vedi in questo blog qui. Per altri articoli in tema "astronoma" e/o "esopianeti", clicca lo specifico tag sulla destra)


Fonti
- Diamond drizzle forecast for Saturn and Jupiter
Nature (2013) 13925

- Local Structure of Liquid Carbon Controls Diamond Nucleation
LM Ghiringhelli et al Phys. Rev. Lett. 99, 055702 (2007)

- Diamond Rain May Fill Skies of Jupiter and Saturn 
space.com

- Diamonds Stud the Atmospheres of Saturn and Jupiter
National Geographic, news




Keplero-78b. Il primo pianeta di dimensioni terrestri è un enigma di lava

Keplero-78b. Il primo pianeta di dimensioni terrestri è un mistero oltre ad essere un vero inferno di lava.

E' di questa settimana la notizia, seguita alla pubblicazione di due articoli sulla rivista Nature, della scoperta del primo esopianeta con caratteristiche terrestri; non un pianeta gigante e di natura gassosa come quelli precedenti. La stella attorno cui Keplero-78b (questo il nome del pianeta) orbita, dista da noi circa 400 anni luce e si trova nella costellazione del Cigno. La stella (Keplero-78) è leggermente più piccola e meno massiccia del Sole.
L'osservatorio spaziale Keplero
(®NASA/Kepler mission/Wendy Stenzel)
Nondimeno, come vedremo di seguito, il pianeta è permeato da un alone di mistero visto che ... non dovrebbe essere lì.
La ricerca di esopianeti, da pura materia di fantascienza è diventata negli ultimi anni uno dei filoni della ricerca cosmologica più interessanti grazie all'attività del telescopio spaziale Keplero della NASA. In funzione oramai da quattro anni, Keplero scansiona instancabile lo spazio monitorando simultaneamente, e continuamente, più di 150 mila stelle. La comparazione dei dati raccolti nei diversi momenti permette di rilevare minime variazioni di luminosità, potenzialmente associabili al passaggio di un pianeta "davanti" alla stella osservata.
Facile immaginare come la mole di dati raccolti debba poi essere "ripulita" e confermata con altre osservazioni. Uno dei problemi pratici con cui si scontrano gli astronomi è compensare le misure ottenute inserendo la variabile "variazioni di luminosità associate alla presenza delle macchie solari" (pardon stellari in questo caso). Un calcolo che data la distanza delle stelle osservate necessita di una notevole precisione.
Dal lavoro di ripulitura dei dati preliminari è emerso un pianeta, Keplero-78b, "interessante" sotto molti aspetti. Un risultato derivante dall'attività indipendente di di due gruppi di ricerca di cui uno guidato da un astrofisico svizzero già noto in queste pagine (Francesco Pepe, università di Ginevra e osservatorio delle Canarie) e l'altro guidato da Andrew Howard (università delle Hawaii).
Maggiori informazioni sulle attività di ricerca svolte da questi due gruppi sono disponibili a fondo pagina.
A differenza dell'approccio standard di Keplero basato sulla stima della massa planetaria in funzione della diminuzione della luminosità stellare legata al passaggio del pianeta, i due gruppi di ricerca hanno dedotto la massa del pianeta sfruttando le misurazioni compiute a terra sulla pertubazione gravitazione che il corpo ignoto induce sulla stella.
L'insieme dei dati ottenuti ha permesso di stabilire che Keplero-78b è circa 1,2 volte più grande e 1,7 volte più massiccio della Terra. Data la relazione tra volume e massa, la densità del pianeta risulta essere la stessa di quella terrestre. Un elemento che a sua volta ha permesso ai ricercatori di dedurre che gli elementi principali del pianeta sono roccia e ferro.
Un pianeta infernale
(®D.A. Aguilar - CfA)
Non si tratta però nemmeno lontanamente di un Eden perduto. Il pianeta è sufficientemente vicino alla stella da riuscire a completare la sua orbita in sole 8,5 ore. Si trova infatti ad una distanza incredibilmente vicina alla stella; solo un milione di miglia. Una distanza che fa ipotizzare temperature superficiali al cui confronto Mercurio potrebbe apparire come la tundra siberiana. La temperatura stimata è di circa 2000 gradi, un valore tale che il pianeta più che roccioso dovrebbe essere denominato un inferno di lava.

La nascita del pianeta è il vero mistero. Come afferma David Latham dell' Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) "non abbiamo idea di come si sia formato, quello che è certo è che non durerà a lungo".
Ok, meglio precisare che per un astronomo "non a lungo" vuol dire che il pianeta verrà cancellato dalle maree gravitazionali della vicina stella entro un miliardo di anni.
E' la posizione del pianeta a non essere in accordo con le attuali teorie planetarie.

Se il pianeta si fosse formato nell'orbita attuale, questa si sarebbe trovata "dentro" la stella data la dimensione della stella primigenia. Il che è ovviamente impossibile dato che i pianeti si formano in tutt'altro modo. L'ipotesi alternativa è che per un qualche effetto carambola il pianeta sia stato sbalzato da un orbita esterna verso l'attuale dove viene cotto a fuoco lento. Un po' come succede al pianeta che evapora che avevo descritto in un articolo precedente (qui).
Anche questa ipotesi tuttavia non trova grosso riscontro tra gli studiosi. "Il pianeta sarebbe molto probabilmente finito diritto dentro la stella" afferma Dimitar Sasselov un altro membro del CfA.
Corollario a questa discussione è l'accettazione del fatto che un pianeta del genere avrebbe potuto benissimo esistere nel nostro sistema solare solo che sarebbe stato da tempo inglobato nel Sole.

Per il momento l'enigma rimane. Suggestivo il nome con cui questi pianeti dovrebbero essere catalogati, "pianeti Icaro" data la similitudine (e il destino) con l'eroe della mitologia greca finito abbrustolito per avere volato troppo vicino al Sole.

Uno si potrebbe chiedere per quale motivo gli esopianeti finora identificati abbiano la peculiare caratteristica di essere troppo grandi (del tipo Giove) o rocciosi ma troppo vicini alla stella. Il motivo è purtroppo nell'attuale limite di sensibilità delle misurazioni.
Uno schema di alcuni dei pianeti identificati grazie alla Missione Keplero (i dati sono del 2012)
Perchè un pianeta posto a distanza di centinaia se non migliaia di anni luce dalla Terra possa essere "indirettamente" osservato deve essere sufficientemente grande da diminuire la luminosità misurabile delle stella e/o avere un'orbita sufficientemente prossima ad essa da indurre una alterazione gravitazionale.


(per gli articoli precedenti sul tema esopianeti clicca il tag a destra "esopianeti". Articolo successivo sul tema --> QUI)

Fonti
- An Earth-sized planet with an Earth-like density
F. Pepe et al, Nature, 2013; DOI: 10.1038/nature12768

- A rocky composition for an Earth-sized exoplanet
AW. Howard et al, 2013; doi:10.1038/nature12767

- Extrasolar planets: An infernal Earth
Drake Deming, Nature (2013) doi:10.1038/nature12702

- Scientists Discover the First Earth-Sized Rocky Planet
NASA, news


- Dal 4 a 8 novembre si terrà la Kepler Science Conference (link)

- Institute for astronomy, University of Hawaii

- Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

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