Ghiaccio su Marte, conferme e sorprese

Durante la missione Phoenix, Marte è passato dall'estate all'inverno, consentendo la documentazione di fenomeni quali la brina, prevista, e la neve, inaspettata.

L'acqua su Marte e i dettagli della sua storia: questo il tema di quattro articoli pubblicati sull'ultimo numero di “Science”, grazie ai dati ottenuti nel 2008 dalla missione Phoenix della NASA e dell'Università dell'Arizona (UA).

La zona di atterraggio era un campo di materiali piroclastici: una cometa o un asteroide arrivò sulla superficie fondendo il ghiaccio al di sotto e creando uno strato di polvere e acqua che finì per scorrere lungo una valle poco profonda.

Smith e il suo gruppo hanno riscontrato alcune caratteristiche formazioni dovute alla contrazione della superficie e alla conseguente fratturazione del ghiaccio. Utilizzando il braccio robotico di Phoenix per scavare una serie di canali ed esporre così il ghiaccio presente sotto la superficie, trovando il ghiaccio non molto in profondità.

"L'origine del ghiaccio resta un mistero”, ha spiegato Peter H. Smith, ricercatore del Lunar and Planetary Laboratory dell'UA e coordinatore della missione. "Potrebbe essere ciò che resta di un'antica calotta polare che si contrasse successivamente oppure potrebbe essere neve che si è poi ghiacciata”.

"La teoria più probabile è che il vapor d'acqua dall'atmosfera si sia lentamente diffuso negli strati superficiali e si sia ghiacciato una volta giunto al livello in cui la temperatura raggiunge il punto di solidificazione. Ci aspettavamo che fosse questa l'origine del ghiaccio, ma ciò che abbiamo trovato è stato sorprendente”, ha aggiunyo Smith.

Una delle sorprese è stata quella di trovare perclorato.

"Nessuno contemplava il perclorato nella lista dei possibili composti chimici: invece ne abbiamo trovato in concentrazioni notevoli, più alta anche di quella di sali più comuni, come il cloruro di sodio", ha sottolineato Smith.

Durante la missione, infine, Marte è passato dall'estate all'inverno, e i ricercatori sono così stati testimoni di fenomeni quali la brina e la neve.

"La brina era prevista, ma la neve è stata una piacevole sorpresa” ha concluso Smith. “In estate, c'era molta polvere nell'atmosfera; avvicinandosi all'autunno la polvere si è diradata, e all'improvviso si sono formate nubi di ghiaccio a circa 4 chilometri al di sopra della superficie. Potevamo vedere le nuvole basse che si muovevano nel campo visivo della camera, e una volta abbiamo anche osservato la neve scendere dalla parte inferiore delle nubi. È stato molto eccitante vedere i cambiamenti quotidiani del meteo: nessun altro prima di noi aveva mai fatto una simile esperienza.”

Atmosfera: mai così tanto CO2 come ora

In due milioni di anni i picchi di CO2 hanno raggiunto in media solo le 280 parti per milione, mentre attualmente si registrano 385 parti per millione, il 38 per cento in più

Un gruppo di ricercatori ha ricostruito i livelli di biossido di carbonio atmosferico degli ultimi 2,1 milioni di anni con un dettaglio finora mai raggiunto, gettando luce sul ruolo di questo gas nelle dinamiche climatiche della Terra.

Lo studio, pubblicato sull'ultimo numero della rivista “Science”, è l'ultimo in ordine cronologico a escludere una diminuzione del CO2 come causa dell'ampliamento e dell'intensificazione delle ere glaciali a partire da 850.000 anni fa. Nonostante ciò, esso confermerebbe il sospetto di molti ricercatori che i più alti livelli di CO2 coincisero con i più caldi intervalli compresi nel periodo di studio.

I risultati mostrano che i picchi nei livelli di CO2 in tale ampio arco di tempo raggiungevano in media solo 280 parti per milione, mentre attualmente si registrano 385 parti per millione, ovvero il 38 per cento in più.

Nello studio, Bärbel Hönisch geochimico del Lamont-Doherty Earth Observatory insieme con alcuni colleghi ha analizzato i resti di plancton sepolti sul fondo dell'Oceano Atlantico, al largo delle coste dell'Africa. Grazie alla datazione dei campioni e alla misurazione dei rapporti isotopici del boro, si è riusciti a stimare la quantità di CO2 presente nell'aria all'epoca della formazione degli strati di conchiglia.

Il metodo ha permesso di procedere all'indietro nel tempo più che nel caso dell'analisi delle carote polari, che arrivano al massimo a 800.000 anni fa. Si tratta di un limite critico per la ricostruzione della storia climatica del pianeta, che ha attraversato ere glaciali cicliche per milioni di anni.

A partire da 850.000 anni fa, invece, tali cicli diventarono più lunghi e più intensi, un fenomeno, questo, attribuito da alcuni studiosi alla diminuzione dei livelli di CO2. Quest'ultimo studio, però, ha riscontrato livelli stabili di CO2 nel corso di tale transizione, dimostrando come il rapporto di causa effetto sia in realtà improbabile.

"Precedenti studi hanno mostrato come la CO2 non sia cambiata negli ultimi 20 milioni di anni, ma la risoluzione non è mai stata sufficiente per rendere le conclusioni definitive”, ha spiegato Hönisch. “Nel nostro caso, invece, il collegamento non è stato suggerito, anche se si è evidenziato ancora una volta come i gas serra e il clima globale siano intrinsecamente collegati”.

Zanzare che sfidano i rettili

Le zanzare delle Galapagos si sono adattate a pungere anche tartarughe e iguane marine, rischiando di contagiare questi animali con malattie importate attraverso il sempre più intenso flusso turistico.

Le tartarughe giganti delle Galapagos e altre specie caratteristche di quelle straordinarie isole rischiano di dover affrontare una nuova pericolosa sfida: le malattie che possono essere trasmesse da alcune zanzare locali che hanno sviluppato una singolare attrazione per il sangue dei rettili.

Come riferiscono in un atricolo pubblicato sui "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS), i ricercatori della Zoological Society of London e del Parco Nazionale delle Galapagos hanno infatti scoperto che mentre le zanzare continentali della specie Aedes taeniorhynchus continuano a preferire il sangue dei mammiferi e occasionalmente degli uccelli, quelle che vivono sulle Galapagos hanno spostato le loro "attenzioni" verso i rettili (e in particolare le tartarughe giganti e le iguane marine), un fatto che, alla luce del continuo aumento del flusso turistico, alimenta i timori che questi cambiamenti possano devastare un ecosistema unico.

Grazie a una serie di analisi genetiche, i ricercatori hanno mostrato come le zanzare che hanno colonizzato le Galapagos non siano state introdotte dall'uomo, come finora si pensava, ma che vi arrivarono circa 200.000 anni fa, un tempo sufficiente a spiegare tutta un'altra serie di adattamenti che hanno potuto riscontrare. A differenza delle popolazioni continentali che normalmente vivono nelle paludi e nelle foreste di mangrovie costiere, le zanzare delle Galapagos vivono e si riproducono anche all'interno delle isole e fino a un'altitudine di 700 metri.

Secondo i ricercatori l'adattamento ai rettili fu legato alla scarsità di mammiferi sulle isole prima che vi arrivasse l'uomo 500 anni fa.

"Le differenze genetiche fra le zanzare delle Galapagos e i loro parenti continentali sono grandi quanto quelle fra due specie differenti: ciò suggerisce che ci troviamo di fronte al processo di evoluzione di una nuova specie", ha detto Arnaud Bataille, uno dei ricercatori.

"Con il turismo in rapida crescita, aumentano molto le possibilità che una zanzara affetta da qualche malattia sia trasportata per aereo dal continente", ha aggiunto Andrew Cunningham, un altro degli autori dello studio. "Se un nuovo patogeno arriverà per questa via, c'è il timore che possa essere assorbito dalle zanzare locali per poi diffondersi a tutto l'arcipelago."

Le autorità dell'Ecuador hanno stabilito proprio recentemente che gli aerei per le Galapagos siano sottoposti a periodica disinfestazione dalle zanzare, ma i ricercatori sperano che tale misura sia presto assunta anche nei confronti delle navi, da carico e no.

Un topo (quasi) "parlante"

Topi geneticamente modificati per avere il gene FOXP2 simile a quello umano, hanno acquisito una più fine capacità di controllo delle proprie emissioni vocali.

Non possono certo parlare, ma topi ingegnerizzati per avere una "versione umanizzata" di un gene hanno molto da dire sul processo evolutivo che ha portato la nostra specie a padroneggiare il linguaggio parlato. E' questa la conclusione di una ricerca condotta presso il Max-Planck-Institut per l'antropologia evoluzionistica, di cui viene riferito in un articolo pubblicato su "Cell".

"Con questo studio possiamo intravedere che i topi possono essere utilizzati non solo per studiare le malattie, ma anche la nostra storia", ha detto Wolfgang Enard, che ha diretto la ricerca.

Il gruppo di lavoro di Enard si dedica in primo luogo allo studio delle differenze genetiche fra l'essere umano e gli altri primati. Una differenza importante fra uomo e scimpanzé che i ricercatori hanno osservato riguarda la sostituzione di due amminoacidi nel gene FOXP2. Questi cambiamenti si sono stabiliti dopo che la linea filogenetica dell'uomo si è separata da quella dello scimpanzé: i primi studi avevano messo in evidenza che quel gene era stato oggetto di selezione positiva, inducendo i ricercatori a ritenere anche che quel cambiamento evolutivo fosse in relazione a qualche significativo aspetto della capacità di parlare e del linguaggio.

"I cambiamenti in FOXP2 sono avvenuti nel corso dell'evoluzione umana e sono i migliori candidati a spiegare perché possiamo parlare. La sfida è quella di studiarli dal punto di vista funzionale", ha osservato Enard, che ha sottolineato come per ragioni ovvie ciò non sia fattibile sull'uomo, ma neppure sullo scimpanzé.

Nello studio in questione, i ricercatori hanno così introdotto quelle due sostituzioni nel gene FOXP2 del topo, dato che la versione murina di quel gene è sostanzialmente identica a quella dello scimpanzé, una circostanza che rende plausibile che essa rappresenti anche un modello ragionevole della forma ancestrale della versione umana del gene.

Dall'analisi del risultato di questa operazione i ricercatori hanno così potuto rilevare che i topi con la versione umana di FOXP2 mostrano cambiamenti in quei circuiti cerebrali che nell'uomo si sanno essere in relazione con la capacità di parlare. I topi geneticamente modificati mostrano anche differenze qualitative nelle vocalizzazioni che essi emettono quando vengono collocati al di fuori della loro tana originaria. Tuttavia, osserva Enard, sappiamo ancora tropo poco sulla comunicazione nel topo per poter dire che cosa possano significare esattamente questi cambiamenti.

Anche se FoxP2 è attivo in molti altri tessuti, la versione alterata non sembra comportare altri effetti sui topi, che sono apparsi in buona salute.

Queste differenze, osservano i ricercatori, aprono uno squarcio sull'evoluzione della capacità cerebrale di parlare e del linguaggio: ora gli scienziati cercheranno di approfondire i meccanismi molecolari alla base degli effetti del gene e la loro possibile relazione con le differenze fra uomo e grandi scimmie.

"Al momento possiamo solo speculare sul ruolo che questi effetti possono avere avuto nel corso dell'evoluzione umana. Tuttavia, dato che i pazienti portatori di una versione non funzionale di un allele del gene FOXP2 mostrano difficoltà nella temporizzazione e nella giusta messa in sequenza dei movimenti orofacciali, è possibile che le sostituzioni in FOXP2 abbiano contribuito alla calibrazione fine del controllo motorio necessario all'articolazione del parlato, ossia alla capacità unica dell'uomo a imparare a coordinare i movimenti muscolari nei polmoni, nella laringe e nelle labbra che sono necessari per parlare. Siamo fiduciosi che studi coordinati sul topo, su altri primati e sull'uomo alla fine chiariranno se è effettivamente così", ha concluso Enard.

L'esperienza conta

Gli studiosi hanno analizzato i meccanismi cerebrali che influiscono sulle decisioni mediate dall'esperienza.

I ricercatori del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) hanno trovato evidenza scientifica di un dato che il senso comune ha già dato per acquisito: la passata esperienza costituisce un valido aiuto quando occorre prendere una decisione sulla base di un'informazione incerta o confusa.

In sostanza, in quest'ultimo studio i ricercatori hanno dimostrato come l'apprendimento indotto dall'esperienza cambi realmente i circuiti cerebrali in modo da permettere di categorizzare velocemente ciò che percepiamo e di prendere una decisione altrettanto rapidamente.

Secondo quanto riportato sulla rivista “Neuron” da Zoe Kourtzi e colleghi dell'Università di Birmingham, l'esperienza passata ristruttura effettivamente il nostro cervello in modo che esso possa rispondere in modo appropriato in qualunque contesto.

Nello scegliere lo svolgimento dell'azione che con più probabilità avrà successo, il cervello deve interpretare ciò che vede, o in generale percepisce, attribuendo un significato a una informazione intrinsecamente incerta. Tale capacità è cruciale, per esempio, quando dobbiamo rispondere con un'azione a stimoli visivi che sono tra loro molto simili. È ciò che succede quando si cerca di riconoscere un volto amico in una folla.

Gli studiosi hanno analizzato i meccanismi messi in atto dal cervello che influiscono sulle decisioni mediate dall'esperienza misurando i segnali cerebrali di un gruppo di volontari che svolgevano un test in cui occorreva imparare a discriminare tra schemi visivi simili assegnandoli a differenti categorie.

I soggetti sottoposti al test dovevano classificare alcuni schemi visivi sulla base di due diverse regole, concepite in modo da produrre categorizzazioni tendenzialmente diverse tra loro.

"Il nostro utilizzo dell'imaging in combinazione con tecniche matematiche ci permette di ottenere preziose informazioni sui segnali cerebrali che indicavano le scelte adottate dai partecipanti", ha spiegato Kourtzi. "Ciò che abbiamo mostrato, è che le precedenti esperienze possono allenare i circuiti cerebrali che ci permettono di riconoscere le categorie percepite invece che semplicemente le somiglianze fisiche tra schemi visivi. Sulla base di ciò che abbiamo trovato, proponiamo un modello in cui l'informazione appresa sulle categorie è effettivamente preservata nei circuiti cerebrali nelle aree occipitali del cervello. Da queste, l'informazione viene trasferita alle aree frontali che la trasformano in decisioni flessibili e azioni appropriate che dipendono dalle richieste del compito.”

Staminali per combattere i tumori

Nei topi, i ricercatori hanno mostrato che le cellule staminali sono in grado di ridurre di circa l'80 per cento la crescita di tumori del seno sottocutanei. Le stesse cellule staminali possono ridurre del 38 per cento le metastasi polmonari.

Un gruppo di ricercatori del Centre for Respiratory Research dello University College di Londra ha dimostrato la capacità delle cellule staminali adulte di midollo osseo, le cellule staminali mesenchimali, o MSC, di produrre proteine che distruggono e cellule tumorali.

Le cellule staminali geneticamente ingegnerizzate riescono infatti a localizzare le cellule cancerose, sia in coltura sia nel modello murino, e a distruggerle, risparmiando quelle normali, grazie alla liberazione della sostanza nota come ligando inducente l'apoptosi correlato al TNF (TNF-related apoptosis-inducing ligand, o TRAIL).

Precedenti studi avevano mostrato come le MSC possano essere utilizzate come vettori per somministrare una terapia antitumorali; d'altra parte alcune ricerche hanno evidenziato come il TRAIL possa uccidere le cellule tumorali ma non quelle normali. Inoltre, è noto che una piccola percentuali delle cellule neoplastiche – dall'1 al 2 per cento – siano anche staminali, e che proprio esse potrebbero esser responsabili dell'insorgenza del tumore, delle sue recidive e della chemioresistenza.

"Le attuali terapie oncologiche sono limitate dalla tossicità e dalla capacità di resistenza del tumore; inoltre non possono distruggere cellule staminali tumorali”, ha spiegato Michael Loebinger, che ha condotto la ricerca e ne ha presentato i risultati alla conferenza internazionale dell'American Thoracic Society, in corso a San Diego.

Nei topi, i ricercatori hanno mostrato che le cellule staminali sono in grado di ridurre di circa l'80 per cento la crescita di tumori del seno sottocutanei. Le stesse cellule staminali possono essere iniettate per via endovenosa come terapia per topi con metastasi polmonari, che vengono eliminate nel 38 per cento dei casi.

Questo è il primo studio a dimostrare una significativa riduzione dei tumori grazie a MSC indotte a esprimere TRAIL in una terapia con un bersaglio specifico”, ha concluso Loebinger. "I tumori del seno sono un buon modello delle metastasi, ma abbiamo intenzione di testare le cellule così ingegnerizzate con altri modelli, incluso il tumore del polmone, ed entro due o tre anni speriamo di cominciare i trial sugli esseri umani.”

In una ricerca è stato sviluppato un processo che sfrutta colture microbiche aperte per convertire scarti organici in poliidrossialcanoati a un ritmo

In una ricerca è stato sviluppato un processo che sfrutta colture microbiche aperte per convertire scarti organici in poliidrossialcanoati a un ritmo tre volte più rapido rispetto ai sistemi attuali.

I microrganismi potrebbero rivelarsi fondamentali anche per sostituire il petrolio come materia prima per la produzione di plastiche: diverse proposte a riguardo sono state illustrate al convegno dell'American Society for Microbiology.

"I materiali organici di scarto dell'agricoltura, dell'industria e delle case private costituiscono una risorsa abbondante che attualmente viene buttata o trasformata in biogas: dal punto di vista di una produzione sostenibile, sarebbe auspicabile la loro trasformazione in sostanze chimiche utili”, ha spiegato Mark van Loosdrecht della Delft University of Technology, nei Paesi Bassi, che negli ultimi anni ha studiato alcuni batteri per trasformare questi scarti in bioplastiche note come poliidrossialcanoati (PHA).

I PHA sono poliesteri lineari prodotti dalla fermentazione batterica di zuccheri o lipidi e comprendono una notevole varietà di materiali, dal momento che possono essere ottenuti a partire da 150 diversi monomeri. Si tratta di plastiche biodegradabili e tutt'ora costose da produrre rispetto alle plastiche convenzionali: questa circostanza ha limitato il loro uso in un'ampia gamma di applicazioni.

Utilizzando una tecnologia derivata dal trattamento delle acque reflue, van Loosdrecht e i colleghi del suo laboratorio hanno sviluppato un processo che sfrutta colture microbiche aperte per convertire scarti organici in PHA a un ritmo tre volte più rapido rispetto ai sistemi attuali.

In un'altra ricerca, Kevin O'Connor dello University College di Dublino, in Irlanda, ha sviluppato un nuovo processo utilizzando anch'egli batteri per produrre PHA a partire da materiali di scarto, e in particolare da plastiche non biodegradabili, utilizzando la pirolisi. in tale processo, le plastiche vengono riscaldate in assenza di aria, causando la rottura dei legami molecolari. Il prodotto di questa prima fase di lavorazione diviene il nutrimento dei batteri del suolo che lo utilizzano per produrre PHA.

Il processo è stato sviluppato inzialmente utilizzando polistirene, una delle plastiche attualmente più diffuse, ma O'Connor ritiene che possa funzionare anche con altre sostanze, tra cui il tereftalato di polietilene (PET), utilizzato per produrre le bottiglie per l'acqua.

Richard Gross della Polytechnic University di Brooklyn, a New York, utilizza invece alcuni batteri per produrre, a partire da oli vegetali, una sostanza che a sua volta può essere convertia in una plastica molto simile al polietilene. Tuttavia, a differenza di quest'ultimo, quando viene scartato può essere convertito con metodi enzimatici in biodiesel.