Osservata per la prima volta, la catena di eventi che spinge una cellula a suicidarsi.

La morte di una cellula (fonte: The Walter and Eliza Hall Institute)

Fonte: ANSA

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Per la prima volta è stata osservata direttamente la catena di eventi che spinge una cellula a suicidarsi: una vera e propria ''istantanea molecolare'' di un fenomeno chiave per mettere a punto una futura generazione di farmaci capaci di uccidere le cellule tumorali, o di evitare la morte cellulare per curare le malattie neurodegenerative.
Pubblicato sulla rivista Cell, il risultato e' stato ottenuto in Australia, nell'istituto di ricerca biomedica Walter and Eliza Hall.
La morte delle cellule, chiamata apoptosi cellulare, è un meccanismo fondamentale per tenere sotto controllo il numero delle cellule presenti nell'organismo. Un errore in questa sorta di suicidio programmato può portare, per esempio, le cellule tumorali a diventare ''immortali'', riproducendosi senza freni. La morte prematura delle cellule è invece tipica delle malattie neurodegenerative.
Guidati da Peter Colman, Peter Czabotar e Dana Westphal, i ricercatori si sono serviti delle tecniche della Biologia strutturale per vedere in azione le proteine che spingono le cellule alla morte. Hanno osservato in particolare la proteina chiamata Bax, già nota per giocare un ruolo di primo piano nella morte cellulare ma dai meccanismi di attivazione ancora sconosciuti. Hanno scoperto cosi' che una delle tappe fondamentali è la formazione di fori nella membrana delle centraline energetiche della cellula, i mitocondri. ''Quando questo accade - spiega Czabotar - la cellula si avvia verso la morte''. Perde infatti progressivamente energia fino a spegnersi.
Utilizzando la luce di sincrotrone, che si comporta come un gigantesco microscopio, i ricercatori hanno ottenuto le prime immagini tridimensionali della proteina Bax in azione, con i cambiamenti che avvengono nella sua struttura. A risvegliare questa proteina killer sono frammenti di un'altra proteina (peptidi) chiamata BH3. Questi si legano alla proteina Bax come una chiave alla sua serratura e la ''accendono''. Le proteine Bax cosi' liberate cominciano a unirsi fra loro come una sorta di ariete capace di sfondare la membrana dei mitocondri, fino a bucarla, distruggendola irreparabilmente.
Il bersaglio di una futura generazione di farmaci potrebbe essere quindi proprio la proteina Bax, che potrebbe essere attivata o inattivata a comando: attivando questa proteina si potrebbero uccidere le cellule tumorali, spegnendola si potrebbero salvare le cellule nervose, evitando la progressione delle malattie neurodegenerative.

Ideato per la prima volta un congegno in grado di modificare la produzione di entropia senza violare il secondo principio della termodinamica.

Fonte: Gaianews.it

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L’ultimo numero della rivista Physical Review Letters contiene un interessante studio condotto da un gruppo di ricercatori dell’Istituto di Tecnologia di Berlino. L’articolo presenta per la prima volta la costruzione di un congegno che, in un contesto quantistico e non più classico, funziona come il diavoletto di Maxwell che permette in pratica di modificare la produzione di entropia del sistema controllato non violando, nel complesso, il secondo principio della termodinamica.
L’esperimento è descritto come un’implementazione minimale del diavoletto di Maxwell in cui due punti quantici interagenti sono collegati a serbatoi termici; un punto assume il ruolo del diavoletto e l’altro quello del sistema controllato.
In questo modo i fisici hanno dimostrato che, teoricamente, il “diavoletto quantistico” può modificare la produzione di entropia del sistema controllato non violando, nel complesso, il secondo principio della termodinamica. Per quale motivo? Procediamo con ordine.
Il secondo principio della termodinamica dice che l’entropia di un sistema chiuso non può diminuire. In modo più esteso, esso postula che il calore si trasferisce sempre dal corpo più caldo a quello più freddo, mai viceversa, e questo accade fin quando l’equilibrio termico non viene raggiunto. Se prendiamo un ghiacciolo dal freezer e lo mettiamo in una pentola di acqua calda, il ghiacciolo comincia a sciogliersi e l’acqua si raffredda un po’.
Benché non esistano leggi della meccanica che lo vietino, non accadrà mai – o, meglio, è altamente improbabile – che il calore vada in senso inverso rendendo il ghiacciolo più freddo e l’acqua più calda. Parafrasando Albert Einstein, anche considerando la sua natura statistica, il secondo principio della termodinamica sembra l’unica teoria fisica universale e impossibile da confutare.
Cosa accadrebbe se si potesse controllare il flusso di calore? Ad esempio, intervenendo sul comportamento delle particelle in modo da produrre una variazione di temperatura tra due corpi a cui non corrisponda una spesa di energia e una diminuzione di entropia? L’esperimento mentale di James Clerk Maxwell – noto come il diavoletto di Maxwell – intende fare proprio questo.
Osserviamo il diavoletto di Maxwell all’opera. Prendiamo due contenitori A e B riempiti con un gas identico e alle stesse temperature collegati da una valvola. Il diavoletto mantiene chiusa la valvola osservando il moto delle molecole nei contenitori. Quando una molecola più veloce delle altre si dirige verso la valvola, il diavoletto la apre e lascia che la molecola passi dal contenitore A al contenitore B. La velocità media delle molecole in A diminuisce mentre in B aumenta: all’aumento della velocità media delle molecole corrisponde un aumento della temperatura.

Di conseguenza, ogni volta che il diavoletto apre la valvola la temperatura in A diminuisce, mentre in B aumenta. Teoricamente, il diavoletto sarebbe in grado di riscaldare un serbatoio caldo e raffreddare un serbatoio freddo. Questo è in contraddizione con il secondo principio della termodinamica: si è prodotta una variazione di temperatura nelle due scatole senza alcun dispendio di energia.
A livello macroscopico sembra impossibile creare fisicamente un congegno che si comporti come il diavoletto di Maxwell, almeno non senza aumentare in qualche luogo l’entropia. Questa considerazione ha spinto gli studiosi a cercare risposte con approcci alternativi: è stato già dimostrato che, su scala nanometrica, il diavoletto di Maxwell potrebbe essere in grado di fare il suo lavoro con molta meno energia di quanto si pensasse. Mai con energia pari a zero.
Il regno dei quanti è l’ultimo baluardo di speranza per creare un congegno che si comporta come il diavoletto di Maxwell. Lo studio condotto a Berlino dal team di Philipp Strasberg si spinge in questa direzione. Sappiamo che su scala atomica tutti i processi fisici sono reversibili e che le regole della fisica classica perdono la loro validità.
Dato che nulla può essere completamente in quiete e che ogni particella subatomica avrà sempre un minimo di energia, anche se raffreddata fino allo zero assoluto, gli scienziati hanno pensato di costruire un congegno sfruttando le proprietà dei punti quantici.Un punto quantico (o quantum dot) è una nanostruttura spesso formata da materiali conduttori.
Il team di Philipp Strasberg ha connesso un punto quantico a due serbatoi, il primo agisce come un singolo elettrone o transistor, mentre il secondo punto è solo connesso a un altro serbatoio. In questo modo hanno mostrato che il secondo punto può essere sintonizzato per rilevare lo stato del transistor, vuoto (0) o pieno (1). Per fare questo, i due punti devono essere perfettamente correlati, in modo che quando il primo punto (transistor) si riempie, il secondo punto (detector) viene svuotato e viceversa.
Che dire dell’entropia? “Nel suo complesso, il sistema combinato (compreso il diavoletto) è solo un dispositivo termoelettrico in cui sono utilizzati gradienti termici per generare una corrente elettrica. Come tale, lo fa naturalmente nel rispetto delle leggi della termodinamica, in modo che l’entropia totale è sempre crescente”, ha spiegato Massimiliano Esposito, coautore della ricerca.
Dato che il modello prevede uno scambio di energia tra il “diavoletto quantistico” e il sistema stesso, il bilancio energetico totale può subire una piccola modifica anche quando l’entropia aumenta fortemente. Gli studiosi hanno dimostrato che l’entropia aumenta da qualche parte ma solo se consideriamo il sistema come un tutto. Se scomponiamo il sistema nelle sue parti, e isoliamo il punto quantico che funge da “diavoletto quantistico” (il transistor), tutto fa pensare che la restante parte del sistema violi il secondo principio della termodinamica.
Le speranze che questo esperimento possa essere perfezionato e ulteriormente implementato sono legate alle varie applicazioni che potrebbe avere, dalla trasmissione delle informazioni alla costruzione di microscopi a scansione sempre più sofisticati.
Bibliografia: Philipp Strasberg, et alii,Thermodynamics of a Physical Model Implementing a Maxwell Demon, in “Physical Review Letters”, 110, (2013): DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.040601.

Cristalli 'viventi' che si assemblano da soli: Sono formati da particelle che si muovono con la luce.

Rappresentazione aristica dell'aggregazione di particelle nei cristalli (fonte: Kazem Edmond)

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Fonte: ANSA

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Sono stati ottenuti i primi cristalli 'viventi', che si assemblano come stormi di uccelli grazie a particelle attive, dotate di un micromotore che si accende con la luce.
Il risultato, annunciato sulla rivista Science, si deve al gruppo coordinato da Jeremie Palacci, dell'università di New York, al quale ha partecipato anche il fisico italiano Stefano Sacanna.
Il metodo è molto interessante per la progettazione di materiali per l'elettronica che si auto-assemblano o auto-riparano con la luce, sottolinea Sacanna, che è nato a Rimini e che lavora da anni nell'università di New York.
Nell'esperimento i ricercatori hanno usato particelle formate da un minuscolo cubo di ossido di ferro, incapsulato in una sfera realizzata con un polimero.
La parte del cubo che sporge dalla sfera funziona come un motore che si accende quando viene colpito dalla luce, catalizzando le reazioni chimiche.
Le particelle sono sospese in un fluido di acqua ossigenata e sali. Ed è proprio l'acqua ossigenata a funzionare come "benzina" per il loro minuscolo motore.
Quando si accende la luce, viene attivata la reazione chimica grazie alla quale le particelle "accendono" il loro motore, iniziano a consumare benzina e a muoversi.
Quando nella soluzione ci sono poche particelle, queste si muovono in modo casuale, "ma se ne aggiungiamo di più, ossia se le concentriamo, iniziano a scontrarsi e ad ammassarsi in una organizzazione simile a quella degli stormi di uccelli che si muovono come se fossero un unico organismo", spiega Sacanna.
A far muovere le particelle come uno stormo, prosegue il ricercatore, sono le condizioni nelle quali si trovano, come la temperatura ambiente, l'attrazione chimica che si sviluppa fra di esse e la concentrazione.
La luce innesca infatti anche un'attrazione chimica leggera e porta i grappoli di particelle a cristallizzare e a crescere fino a quando le particelle, 'sterzando' in direzioni diverse, sciolgono i cristalli. Sfruttando il leggero magnetismo delle particelle, inoltre, è possibile applicare dei campi magnetici per controllare la direzione sia delle singole particelle sia dei cristalli.
Grazie a questi meccanismi i cristalli 'viventi' si formano continuamente, girano vorticosi e si disgregano. Quando la luce si spegne, il movimento delle particelle si arresta e le strutture si dissolvono.

Microrganismi che si nutrono di corrente elettrica.

© Lester V. Bergman/CORBIS

Fonte: LeScienze

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I batteri che ossidano il ferro, che contribuiscono in maniera determinante alla corrosione dei manufatti, possono prosperare "respirando" soltanto energia elettrica e sintetizzando le sostanze di cui hanno bisogno dall'anidride carbonica presente nell'ambiente. La scoperta apre le porte alla possibilità di usare questi batteri per trasformare l'elettricità prodotta da fonti rinnovabili in biocombustibili stoccabili.
E' possibile alimentare e far prosperare alcuni tipi di batteri sfruttando solamente l'energia elettrica. La singolare scoperta è stata fatta da un gruppo di ricercatori dell'Università del Minnesota che ne riferiscono in un articolo pubblicato sulla rivista dell'American Society for Microbiology, “mBio”.
La scoperta è stata fatta nel corso dello studio dei microrganismi ferro-ossidanti. Questi batteri, che si trovano un po' ovunque, hanno un ruolo importante nel ciclo globale del ferro e contribuiscono in maniera determinante alla corrosione di tubazioni in acciaio, ponti, moli e navi. Fioriscono soprattutto là dove un ambiente ricco di ossigeno si trova a contatto con un ambiente anaerobico, una caratteristica che rende complicato coltivarli in laboratorio.

© Eising Studio - Food Photo & Video/the food passionates/Corbis

Normalmente, per respirare e produrre l'energia necessaria, questi batteri sfruttano il ferro presente nell'ambiente sotto forma di ioni di ferro II (Fe2+), che ossidano in un processo che produce grandi quantità di ruggine, o Fe III (Fe3+). Ma per ossidare il ferro, hanno ragionato i ricercatori, devono disporre di proteine di membrana che interagiscono con Fe II, che funge da donatore di elettroni; in tal caso, dovrebbe essere possibile far fiorire colonie di questi batteri fornendo loro direttamente, al posto del ferro, un flusso di elettroni.
Bond R. Daniel, che ha diretto lo studio, e colleghi, hanno messo un piccolo numero di batteri della specie Mariprofundus ferrooxydans - un microrganismo che per sopravvivere ha assolutamente bisogno della presenza di ferro - in una soluzione di coltura che, pur essendo priva di ferro, era attraversata da una corrente elettrica che scorreva fra due elettrodi. Poco tempo dopo, sul catodo si è formata un'ampia pellicola batterica, dimostrando così che, sfruttando come fonte energetica il solo flusso di elettroni, il microrganismo era in grado di sintetizzare dall'anidride carbonica presente nell'ambiente tutte le sostanze necessarie per crescere e proliferare.

"E' un nuovo modo di coltivare un microrganismo che è stato molto difficile da studiare. Ma il fatto che questi organismi siano in grado di sintetizzare tutto ciò di cui hanno bisogno usando solamente energia elettrica suscita notevole interesse", ha detto Bond.
Le potenzialità applicative della scoperta sono infatti notevoli, dato che in prospettiva si potrebbero usate questi batteri per trasformare l'energia elettrica in combustibile stoccabile. Il flusso di corrente prodotto da fonti rinnovabili come l'energia eolica o solare potrebbe, per esempio, alimentare una coltura di batteri ferro-ossidanti che sintetizzerebbero biocarburanti dall'anidride carbonica.

Luigi Maxmilian Caligiuri: Nuovi esperimenti sulla "Memoria dell'Acqua".

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Tutto ciò mi fa pensare alla teoria sugli automi cellulari; ad un'intelligenza superiore che in ultima analisi, è solo l'ultima espressione di una serie infinita/interattiva di "micro-intelligenze"; di "nuclei di informazione dinamica" che ad un certo livello della realtà (meso/microscopico), unendosi tra loro, si traducono in entità fisiche/materiali (passando dai quanti agli atomi ed in seguito dalle molecole ai cristalli di acqua). Come non ricordare, a questo punto, quella famosa frase di Leibniz (espressa nella sua “Monadologia”), che recita così: "Se noi vogliamo dare il nome di anima a tutto quello che ha percezioni e appetizioni (...), tutte le sostanze semplici o monadi create possono essere chiamate anime".
Lo stupore per i risultati di tali esperimenti, non dovrebbe nascere tanto dall’osservazione di determinate mutazioni geometriche di cristalli d’acqua, in presenza di un particolare genere di musica piuttosto che di un altro; la musica è composta da onde sonore (spostamenti di particelle che generano delle oscillazioni), in grado dunque di modificare i parametri ambientali circostanti alla sua sorgente, e di influenzare in ultima analisi ogni singola molecola presente nel suo campo d’azione (l’interazione tra le vibrazioni atomiche dei contenitori e quelle molecolari dell’aria circostante, “ricadrebbero” in ultima analisi sul liquido in esame, modificandone i parametri strutturali di superficie). La non-località quindi, volendo restare con i piedi per terra, in tale contesto potremmo per certi versi escluderla (anche se ovviamente il fenomeno, in sé, può suscitare un certo stupore; soprattutto per le innumerevoli variazioni di simmetria delle varie configurazioni geometriche dei cristalli in esame. Dei cristalli amorfi, teoricamente, avrebbero dovuto rappresentare la norma, in tali esperimenti; ma così non è, con nostro grande stupore). Un discorso analogo lo si potrebbe fare considerando i campi magnetici prodotti dal cervello umano, che rientrano nell’ordine di poche decine di femtoTesla. Ipotizzando una possibile interazione tra tali campi magnetici (seppur “infinitamente” deboli) e le molecole d’acqua, anche in questo caso potremmo escludere l’intervento del principio di non-località. Ciò che invece dovrebbe davvero lasciarci di stucco, sono le variazioni geometriche di tali cristalli, a dipendenza dei termini (nomi/vocaboli) che vengono apposti (scritti) sui contenitori in cui tale acqua è stata riposta. Qui sì, che entra probabilmente in causa il principio di non-località! E che dire poi della lingua con cui tali termini/vocaboli vengono scritti sui contenitori? L’effetto sembrerebbe sortire sempre, indipendentemente dalla lingua con cui i vocaboli sono stati scritti sui vari recipienti! L’intelligenza dell’acqua è tale, da riconoscere qualsiasi lingua/linguaggio usato dagli abitanti della Terra? E se in realtà l’azione delle parole scritte, fosse soltanto un’illusione dovuta semplicemente all'influenza (sulla materia) dei campi magnetici prodotti dalla mente umana? Per verificare ciò, basterebbe scrivere determinate parole sui contenitori con l’acqua da esaminare, e poi dare l’incarico a qualcuno di nasconderli in un luogo lontano dalla nostra presenza , a noi sconosciuto e all’interno di una gabbia di Faraday! Qualora, un simile esperimento con parole scritte sui contenitori e gabbia di Faraday, non producesse alcuna modificazione nei cristalli, andrebbe a cadere l'ipotesi dell'azione delle parole scritte e di conseguenza anche quella di un eventuale legame con il principio di non-località.   [Queste mie riflessioni, sono relative ai primi esperimenti di Masaru Emoto]

Fausto Intilla, 24 gennaio 2013.

Realizzato in Italia, il laser che vede attraverso sangue, nebbia e fumo.

Spermatozoo osservato attraverso il liquido

seminale grazie al nuovo laser (fonte: CNR)

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Fonte: ANSA

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Poter vedere attraverso il fumo eventuali persone prigioniere di un incendio o salvaguardare la sicurezza dei vigili del fuoco, o ancora osservare nel sangue le particelle di lipidi che si depositano e che possono diventare un precocissimo test per riconoscere il rischio di colesterolo. E' possibile grazie al laser realizzato in Italia, nell'Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle ricerche (Ino-Cnr) di Napoli, guidati da Pietro Ferraro.
Il laser, descritto in due articoli pubblicati sulle riviste Lab on a Chip e Optics Letters, riesce a 'vedere' attraverso le sostanze dense e opache, come sangue, latte, fumo e nebbia (chiamate colloidi), impenetrabili ai tradizionali microscopi. Il risultato, ottenuto in collaborazione con l'Istituto sperimentale Lazzaro Spallanzani di Roma, è segnalato fra i migliori 30 contributi nell'ottica del 2012 a livello internazionale.
''Un laser di questo tipo permette, ad esempio, di osservare i processi di sedimentazione dei lipidi, e quindi l'accumulo di colesterolo nelle vene o nei capillari'', spiega la ricercatrice Melania Paturzo. ''Permette inoltre - aggiunge - di vedere attraverso il fumo, consentendo così il monitoraggio degli incendi e di provvedere alla sicurezza di persone in pericolo e vigili del fuoco''. Tutto questo sara' possibile, ha aggiunto, soltanto quando l'apparecchiatura sarà compattata e diventerà trasportabile.
Attualmente non è possibile vedere attraverso i colloidi perche' queste sostanze sono torbide, ossia non trasparenti alla luce. Questo impedisce di poter vedere attraverso tali miscele con le tradizionali tecniche ottiche come il microscopio, limitando la possibilità di studiare diversi fenomeni come la microfluidica o la biologia marina.
''Il principio su cui si basa la tecnica è l'effetto Doppler'', aggiunge Pietro Ferraro: ''se la soluzione colloidale fluisce a una certa velocità, la luce diffusa dalle particelle del mezzo subisce uno spostamento della frequenza, per effetto Doppler, proporzionale alla velocità del mezzo stesso. Se quest'ultima velocità è maggiore di un certo valore di soglia, la frequenza varierà al punto da non contribuire piu' al processo d'interferenza e quindi alla formazione dell'immagine dovuta solo alle parti statiche dell'oggetto''.

Un materiale più duro del diamante, grazie alle dimensioni nanometriche dei nuovi cristalli di nitruro di boro cubico.

Fonte: Galileonet.it

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Una collana di diamanti al collo fa senza dubbio un effetto memorabile, ma quando si tratta di durezza ad averla vinta è qualcos’altro. Come spiega un articolo pubblicato su Nature, i cristalli formati dal nitruro di boro cubico (c-BN), un composto formato da boro e azoto molto simile al diamante, possono raggiungere una durezza senza pari. Tutto dipende, infatti, dal diametro delle strutture sitetizzate: tanto più è piccolo, tanto più il materiale è duro.
Il merito della scoperta va all’equipe cinese guidata da Yongjun Tian, fisico degli State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology della Yanshan University. I ricercatori conoscevano già la durezza del c-BN che, però, finora era considerata inferiore a quella del diamante. Infatti, i cristalli di nitruro di boro disponibili sul mercato vantano una durezza tra i 33 e i 45 gigapascal (GPa) sulla scala Vickers, contro i 100 GPa del diamante sintetico.
Tian e i suoi colleghi sapevano che il primato imbattuto del diamante dipendeva soprattutto dalle dimensioni troppo elevate dei cristalli di c-BN, intorno al micrometro. A guidarli è stato il principio del rafforzamento di Hall-Petch, secondo il quale la riduzione delle dimensioni del grano cristallino (l’unità fondamentale di un cristallo) ne accresce la durezza. Ma le difficoltà stavano proprio nel sintetizzare un composto su scala inferiore, quella nanometrica.
Gli scienziati cinesi ci sono riusciti lavorando una massa stratificata di c-BN dalla quale hanno ottenuto cristalli sempre più piccoli sottoponendoli a temperature superiori ai 1800°C. Il risultato finale è stato un cristallo doppio dallo spessore medio di 3,8 nanometri, ovvero quasi un miliardo di volte più sottile dei composti disponibili sul mercato. Una volta sottoposto al test di durezza, effettuato comprimento una punta di diamante sulla superficie, il c-BN nanometrico ha sfiorato un picco di 108 GPa.
Il record del diamante è stato battuto grazie alle dimensioni nanometriche dei nuovi cristalli di nitruro di boro cubico, ma l’impiego industriale di questi composti sembra ancora lontano. Gli scienziati sono invece molto interessati ad applicare il processo di sintesi usato su c-BN direttamente al diamante. Se riuscissero a trovare la forma giusta (vedi Galileo: Come predire la struttura di un cristallo) i nuovi cristalli sarebbero dei campioni di durezza assoluti.

Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature11728
Credits immagine: Benjah-bmm27/Wikipedia