I neonati possiedono eccellenti capacità di apprendimento, ma in un mondo pieno di stimoli visivi e uditivi devono anch’essi essere in grado di scegliere a cosa dedicare la loro attenzione. Un aiuto in tal senso proviene spesso dai genitori, che li dirigono verso le informazioni giudicate più importanti grazie a segnali quali il contatto visivo.

Eppure a oggi non sono ben chiari i meccanismi cerebrali in base ai quali queste interazioni sociali favorirebbero l’apprendimento selettivo. Niente paura, ci ha pensato una collaborazione internazionale a trovare la soluzione, che a prima vista sa di fantascienza: il contatto visivo provoca la sincronizzazione delle onde cerebrali.

Lontano dagli occhi, lontano dal cervello

Per cominciare, il gruppo diretto dal neuroscienziato Wei Zhang presso l’Early Mental Potential and Wellbeing Research (EMPOWER) Centre in Singapore registra dei video in cui una persona parla rivolta alla camera in una lingua inventata, in tre versioni diverse: una in cui i suoi occhi sono completamente visibili, un’altra in cui lo sono solo parzialmente e un’ultima in cui sono del tutto oscurati. In tutti i casi viene rilevata anche l’attività cerebrale della persona tramite elettroencefalografia (EEG).

I video vengono quindi mostrati a dei neonati sui 9 mesi di età, prima in una fase di familiarizzazione e poi in una di test vera e propria, registrandone non solo l’attività neurale con EEG, ma misurandone anche il livello di attenzione nei vari casi. L’obbiettivo è valutare l’apprendimento della nuova lingua, basandosi in particolare sulla capacità dei piccoli di distinguere “parole” da “non-parole”1.

I risultati parlano chiaro: solo nel caso in cui gli occhi della persona nel video sono completamente visibili i neonati mostrano segni di apprendimento, riconoscendo quali insiemi di suoni formano “parole” e denotando un interesse maggiore in presenza di combinazioni sonore non ancora ascoltate — e tutto ciò vale indipendentemente da quanta attenzione viene prestata durante i vari video e dalla nazionalità degli infanti (UK o Singapore)2.

Come spiegare scientificamente la cosa? È arrivato il momento di dare un’occhiata agli elettroencefalogrammi.

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Sincronizzazione e accelerazione

Zhang & co. incrociano i dati in due modi distinti:

1. la sola attività cerebrale dei neonati con il livello di apprendimento della lingua;

2. il grado di sincronizzazione tra gli EEG di adulti e neonati con il livello di apprendimento.

I risultati sono in qualche modo sorprendenti: il miglior indicatore per prevedere la capacità di apprendimento dei piccoli non è la loro attività neurale, ma la sua sincronizzazione con quella degli adulti (più precisamente, l’associazione unidirezionale delle onde cerebrali dell’adulto con quelle del bambino).

Il tutto supportato da successivi controlli statistici che mostrano come, una volta stabilita, l’associazione neurale riesca a predire l’apprendimento molto meglio non solo della capacità dei neonati di distinguere il suono delle sillabe, ma anche dello stesso contatto visivo. In pratica, è come se quest’ultimo fosse una sorta di pulsante che “aziona il turbo” per l’apprendimento, che poi continua a procedere spedito.

Mistero risolto, quindi? La risposta, come prevedibile, è “nì”.

Suggerimenti importanti, ma con cautela

Nello studio pubblicato su Nature Communications, infatti, il team Zhang ammette con onestà varie limitazioni della ricerca.

Innanzitutto, sebbene i test siano stati effettuati su neonati di due nazionalità distinte, in popolazioni che usano il contatto fisico o la vicinanza come segnali sociali (quelle arabe, ad esempio) i risultati potrebbero rivelarsi diversi. Inoltre, si tratta comunque di un piccolo studio (appena 42 bambini) e nemmeno troppo realistico (video preregistrati, lingue inventate).

Ciò nonostante, le implicazioni sono significative: il contatto visivo sembra essere utile non solo ad attirare l’attenzione, ma anche per indicare ai piccoli su cosa concentrarsi per l’apprendimento, tramite una vera e propria sincronizzazione cerebrale — un suggerimento sicuramente importante per i genitori, ma anche per chi produce strumenti educativi e per chi studia lo sviluppo sociale durante l’infanzia.

Ciò che distingue in maniera fondamentale gli organismi viventi da quelli non viventi è la necessità di effettuare una serie infinita di reazioni chimiche al fine di sopravvivere. In particolare è essenziale la respirazione, attraverso la quale le cellule ossidano (ossia “strappano” elettroni da) piccole molecole organiche — ad esempio, amminoacidi e zuccheri — in modo da estrarre e utilizzare l'energia in esse contenuta.

Eppure in anni recenti vari studi hanno inaspettatamente mostrato come pure in terreni sterilizzati, ossia privati di vita microbica, un qualcosa di simile alla respirazione sembra comunque proseguire, anche per settimane. Ora un gruppo di ricerca francese ha presentato risultati ancora più sconvolgenti, sotto forma di terriccio che continua a respirare oltre sei anni dopo la sterilizzazione.

Raggi gamma e anidride carbonica

Da oltre un decennio Sébastien Fontaine, biochimico presso l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE), conduce esperimenti per capire quanto carbonio venga rilasciato dal suolo, al netto della CO₂ generata come prodotto di scarto della respirazione microbica.

Ciò che ha richiesto così tanto tempo e lavoro è il fatto che, nonostante una sterilizzazione effettuata con raggi gamma, la quantità di anidride carbonica rilasciata dal terriccio ermeticamente sigillato, dopo un declino iniziale, rimane stabile per oltre tre mesi.

“Sicuramente si tratta di un errore”, gli dicono i colleghi, e gli suggeriscono di lasciar perdere. Ma Fontaine non è convinto: curiosità scientifica a parte, negli ecosistemi terrestri la respirazione microbica del suolo è il processo primario col quale la CO₂, dopo essere stata fissata in materia organica dagli organismi fotosintetici, ritorna nell'atmosfera — un meccanismo cruciale per comprendere il ciclo del carbonio e il suo impatto sul clima.

Purtroppo per lui e il suo gruppo, convincere la comunità scientifica sulla bontà dei loro risultati si rivela ancora più arduo: nonostante alcuni riscontri positivi in merito allo studio pubblicato nel 2013, non mancano certo le critiche, in particolare riguardo l'effettiva sterilità del suolo.

E così, tra una ricerca e l'altra, il laboratorio diretto dal biochimico continua a sperimentare col terriccio, applicando procedure di sterilizzazione ancora più rigorose (all'irradiamento gamma si aggiungono pressione e calore). Ma il campione si rifiuta di “morire”, nonostante osservazioni al microscopio elettronico non mostrino segni di vita — niente RNA o DNA — nelle cellule microbiche superstiti.

Siamo ormai nel 2018 e per Fontaine & co. è abbondantemente tempo di vederci chiaro.

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Un ciclo di Krebs non biologico?

Durante il metabolismo degli esseri viventi, gli zuccheri vengono scissi in molecole più piccole ricche di carbonio, che alimentano il cosiddetto ciclo di Krebs — una serie di reazioni chimiche in cui elettroni altamente energetici vengono strappati alle suddette molecole, per poi essere utilizzati in altre reazioni che consumano ossigeno.

Ora, per provare a dimostrare che anche in terreno inerte avviene un processo simile, il gruppo aveva studiato per sei anni due distinti campioni sterili: uno di normale terriccio e un altro a cui è stato aggiunto glucosio. Entrambi continuano imperterriti a respirare, ma quello “zuccherato” emette più anidride carbonica — un possibile segno che anche catalizzatori non biologici presenti nel suolo (nickel, ferro e simili) sono in grado di facilitare la decomposizione degli zuccheri.

Ma servono prove più concrete e così il laboratorio di Fontaine mette a punto un ingegnoso sistema per rilevare il movimento di elettroni nel suolo sotto forma di corrente: una pila a combustibile. Si tratta di una sorta di batteria alimentata da microbi che, passando da un polo all'altro della pila, donano elettroni e chiudono il circuito, producendo elettricità1.

In questo caso non ci sono organismi viventi nel suolo sterile, ma quando il gruppo vi piazza dentro la pila e chiude il circuito, la quantità di corrente rilevata è di gran lunga superiore rispetto a quella prodotta da un esperimento di controllo (che usa una soluzione a base di acqua di mare).

E così nel 2025 Fontaine & co. pubblicano un altro studio in cui riportano l'osservazione di quattro degli otto tipi di molecole intermedie prodotte dal ciclo di Krebs, ma in del terriccio inerte da sei mesi e con molte di esse generatesi dopo la sterilizzazione. Che sia finalmente arrivato il momento di festeggiare?

Metabolismo alla base della vita

Come avrete capito, la risposta è ancora “no”. Stavolta la critica principale riguarda il fatto che gli enzimi rilasciati dai microbi irradiati potrebbero essere ancora presenti — per quanto degradati — nel suolo e continuare a facilitare le reazioni chimiche anche all'esterno delle cellule. Il team Fontaine pensa che ciò sia molto improbabile mesi (se non anni) dopo una sterilizzazione, ma l'unico modo per esserne certi sarebbe quello di sottoporre il terriccio a temperature così elevate da danneggiare la sua stessa struttura.

In ogni caso, il solo fatto che non sia sempre possibile distinguere se in un processo sono implicate o meno forme di vita è di per sé un risultato importante, in particolare nell'ambito di una teoria sull'origine della vita emersa nell'ultimo decennio. Una parte della comunità scientifica, infatti, crede che metalli quali ferro e zinco — basilari per molti degli enzimi più antichi presenti nei viventi — possano aver catalizzato reazioni simili a quelle metaboliche ancor prima che la vita emergesse.

Insomma, se i risultati del laboratorio di Fontaine e di altri gruppi precursori fossero confermati in futuro, potremmo dover pensare alla vita sulla Terra in maniera decisamente diversa, col metabolismo alla base e i geni e gli enzimi semplicemente come strumenti per controllarlo a un livello più alto.

C’è però ancora una piccola speranza di scongiurare la sciagurata decisione: se anche tu pensi che l’istruzione sia fondamentale e non vada sminuita (anzi), puoi firmare la petizione per provare a salvare Rai Scuola qui.

Il cinema di fantascienza moderno, compreso quello d'animazione, è pieno di opere che dipingono un futuro tetro e distopico, dove il mondo e/o la società sono reduci da una qualche catastrofe o collasso dei valori. Il novello regista francese Ugo Bienvenu, però, non ci sta.

Nel suo eccellente film di debutto, Arco (20251), scritto a quattro mani con Félix de Givry, Bienvenu si ispira alla sensibilità visiva, umana ed ecologica dei maestri giapponesi Hayao Miyazaki e Isao Takahata per rispondere con piglio ottimista alla suggestiva domanda: “E se gli arcobaleni fossero persone dal futuro che viaggiano nel tempo?”

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La lentezza delle nuvole

Arco è un ragazzino del 2932, un'epoca in cui gli esseri umani hanno lasciato la Terra a riposare e si sono stabiliti in colonie tra le nuvole, vivendo in armonia con la natura. Pur non avendo ancora raggiunto l'età minima (12 anni) per viaggiare nel tempo2, il piccolo è ossessionato dal desiderio di vedere i dinosauri e così “prende in prestito” mantello iridescente e cristallo catalizzatore della sorella e si lancia nel cielo.

Le cose però non vanno esattamente come previsto e Arco viene catapultato in un 2075 sull'orlo del collasso climatico, dove viene ritrovato, privo di sensi, da una ragazzina della sua stessa età, Iris, che vive assieme al fratellino e al robot Mikki in una casa dotata di cupola protettiva contro gli eventi atmosferici estremi.

In questo forte contrasto visivo e tecnologico tra le due epoche si nota subito una delle peculiarità del film: il futuro non è quello delle auto volanti, degli ologrammi e dell’Intelligenza Artificiale, ma ci riserva piuttosto un'esistenza lenta e pacifica in bucoliche fattorie, da cui si può letteralmente spiccare il volo, in un turbinio di colori, verso un tempo differente.

Purtroppo un’altra caratteristica che risulta subito evidente è quella che è probabilmente la pecca principale dell'opera: nonostante i disegni in 2D siano gradevoli e vivaci, rimandando a quelli di Ponyo di Miyazaki o anche alle tavole del fumettista francese Moebius, le animazioni sono spesso stranamente a scatti, come se stessero girando su un vecchio PC.

Se però si riesce a passarci sopra, l'opera prima di Bienvenu ha tanti altri gioielli incastonati nella sua corona.

Cambiare le cose alla radice

Il primo è proprio il modo in cui Arco tratta il cambiamento climatico: mai esposto palesemente, eppure sempre presente sullo sfondo e quindi impossibile da ignorare. E il fatto che in un lontano futuro l’umanità abbia finalmente imparato a vivere in maniera sostenibile lancia un chiaro messaggio di speranza, su cui iniziare da subito a lavorare nonostante le distanze nel tempo e nello spazio, come nei film di Makoto Shinkai (Your Name).

Altro punto importante dell’opera, che la avvicina ai capolavori dello Studio Ghibli forse ancor più dell’aspetto grafico, è che tutti i personaggi hanno aspetti positivi, dal robot Mikki che in pratica fa da leale sostituto dei genitori3 di Iris (spesso assenti per lavoro), all’esuberante trio di innocui complottisti che cerca da vent’anni le tracce di un misterioso viaggiatore avvolto da un arcobaleno.

Anche dal punto di vista narrativo Bienvenu e de Givry rifiutano di omologarsi agli standard hollywoodiani dei film “per bambini”, preferendo i ritmi più pacati di Laputa e Nausicaa dei già citati Miyazaki e Takahata. Questo non vuol dire, però, che gli 88 minuti della pellicola non siano avvincenti — incluse alcune scene genuinamente frenetiche — o toccanti.

In ultima analisi, Arco è un film che parla del potere dell’amicizia e della possibilità di cambiare il mondo partendo dal basso, tramite collaborazione e fiducia reciproca tra individui, e sinceramente lo fa così bene da valere all’esordiente regista francese un (rispettoso) accostamento non solo agli illustri compatrioti Michel Ocelot (Kirikou et la Sorcière) e Sylvain Chomet (Les Triplettes de Belleville), ma persino ai giganti dell’animazione giapponese di cui sopra.

I lampi gamma (o GRB, dall'inglese Gamma-Ray Bursts) sono le esplosioni più luminose ed energetiche dell'intero universo: in una manciata di secondi sono in grado di rilasciare più energia di quanta ne emetterà il Sole in tutti i suoi dieci miliardi di anni di vita.

Quello osservato dal Fermi Gamma-ray Space Telescope della NASA il 2 luglio 2025 — e per questo chiamato semplicemente GRB 250702B — non sembra però apprezzare granché la definizione di “lampo” e se la prende molto più comoda: durata di oltre sette ore, suddivise in detonazioni multiple spalmate su un intero giorno, e bagliore residuo visibile per mesi.

Un GRB così insolito richiede probabilmente una sorgente altrettanto peculiare e dopo circa un anno di analisi un gruppo di astrofisici israeliani crede di averla finalmente individuata: un elusivo buco nero di massa intermedia (IMBH, da Intermediate Mass Black Hole).

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Di buchi neri e distruzioni stellari

Normalmente i lampi gamma si originano da singoli eventi catastrofici: una collisione tra due stelle di neutroni1 (i residui ultra-densi di enormi stelle), tra una stella di neutroni e un buco nero o magari il collasso di una stella massiccia. GRB 250702B — che, manco a dirlo, detiene a mani basse il record di GRB più lungo mai osservato — come prevedibile non si può classificare in nessuno di questi casi.

Ecco quindi che Jonathan Granot e colleghi della Open University of Israel si chiedono: e se c'entrasse invece un IMBH? Noti come regioni dello spaziotempo dalla gravità e densità così estreme che nemmeno la luce riesce a sfuggirvi, i buchi neri sono comuni sia nella dimensione stellare (con una massa pari ad alcune volte quella del Sole), che in quella supermassiccia (miliardi di volte superiore a quella della nostra stella). A metà strada tra le due c'è praticamente il vuoto osservativo, nonostante le previsioni teoriche di segno opposto.

A mettere d’accordo (si spera) teoria e pratica ci pensa l’ipotesi del team Granot: il nostro bizzarro lampo gamma sarebbe stato generato quando una normale stella come il Sole si sarebbe avvicinata troppo a un IMBH, venendo fatta a pezzi dalle enormi forze mareali — lo “stiracchiamento” causato dalla differenza di gravità che impatta le diverse parti della stella in avvicinamento. In seguito, il materiale stellare in caduta verso il buco nero sarebbe stato consumato, producendo getti di particelle straordinariamente energetici a velocità prossime a quella della luce.

A supporto di tale scenario ci sarebbero le detonazioni multiple osservate: i modelli teorici mostrano come la stella potrebbe essere stata distrutta in più passaggi in orbita al buco nero, ognuno dei quali avrebbe generato una delle esplosioni, tra l’altro rilevate a intervalli piuttosto regolari dal telescopio Fermi.

Resta a questo punto da chiedersi: perché proprio un buco nero di massa intermedia sarebbe in grado di spiegare al meglio le proprietà di GRB 250702B?

Un GRB da record in attesa di conferma

I motivi sono principalmente due e hanno a che fare con la posizione all’interno della galassia di origine e con un parametro detto Minimum Variability Timescale (MVT) del lampo gamma.

Il nostro GRB è partito da un punto distante circa 5,7 chiloparsec (ossia mille parsec, dove 1 parsec equivale approssimativamente a 3,26 anni luce) dal centro della galassia, dove si trova il suo buco nero supermassiccio — una posizione ideale per un buco nero di massa intermedia “vagabondo”.

La MVT misura invece la durata minima di una singola “pulsazione” o variazione di flusso all’interno della curva di luce di un lampo gamma e quella rilevata per GRB 250702B è troppo breve per dare credito all’ipotesi di forze mareali generate dall’interazione tra una stella e un buco nero di massa diversa da un IMBH.

Insomma, il caso presentato dai ricercatori israeliani è piuttosto convincente, ma bisogna ammettere che permangono dubbi in merito: esistono, infatti, modelli teorici alternativi che non è possibile escludere coi dati attualmente disponibili — dati che tra l’altro andrebbero verificati con successive osservazioni.

Se però la tesi dello studio di Granot & co. venisse confermata, si tratterebbe non solo dell’importante scoperta di uno sfuggente buco nero di massa intermedia, ma anche del primo lampo gamma (e che lampo!) generato da un IMBH che l’umanità abbia mai osservato in tutto il suo splendore.

Sono passati ormai ottant'anni da quando i ricercatori J. Presper Eckert e John Mauchly dell'Università della Pennsylvania (USA) svilupparono ENIAC, il primo computer elettronico per uso generale, la cui architettura di base è ancora oggi impiegata nei nostri PC.

Gli elettroni in “elettronico”, però, stanno iniziando a mostrare la loro età: avendo una carica (negativa, in questo caso), perdono energia sotto forma di calore1, incontrano resistenza mentre si muovono all'interno dei materiali e diventano più difficili da controllare con l'aumento del volume di dati gestito da chip via via più avanzati.

Fortunatamente un gruppo di ricerca sempre dell'Università della Pennsylvania sembra essere riuscito a chiudere il cerchio tracciato da Eckert e Mauchly, con un avanzamento tecnologico ottenuto grazie alla combinazione di elettroni e fotoni (le particelle di luce) in qualcosa di altamente esotico: le quasiparticelle note come eccitoni-polaritoni.

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Eccitoni-polaritoni per velocità e interattività

Un’obiezione può subito essere sollevata: oggigiorno Internet e le telecomunicazioni in genere trasportano informazioni in maniera rapida, massiccia e con minima dispersione, proprio grazie all’impiego della luce attraverso cavi in fibra ottica — non basterebbe, dunque, usare una tecnologia simile anche nei computer?

Il problema è che i fotoni raggiungono le suddette prestazioni per merito della loro “neutralità” — non hanno, infatti, né carica, né massa — il che però comporta un prezzo da pagare: una scarsa interazione con l’ambiente circostante, che li rende inadeguati nelle complesse, non lineari operazioni di instradamento dei segnali su cui si basano i PC.

Ma il gruppo di ricerca coordinato da Zhi Wang e Li He non ha certo intenzione di arrendersi così presto ed ecco che quindi spunta l’idea di usare gli eccitoni-polaritoni. Queste quasiparticelle — gruppi di particelle che agiscono all’unisono, come se fossero una singola entità — vengono create accoppiando fotoni ed elettroni2 in un semiconduttore di spessore atomico (in pratica, bidimensionale) e combinano la velocità ed efficienza dei fotoni con l’interattività degli elettroni.

Questo almeno sulla carta: come se la sono cavata in pratica queste quasiparticelle ibride luce-materia?

Intelligenza Artificiale a basso consumo

Wang, He & co. si dicono giustamente soddisfatti: nello studio, infatti, il gruppo dichiara di essere riuscito a effettuare l’instradamento di segnali con la sola luce ad energie bassissime, pari a circa un biliardesimo (dove un biliardo corrisponde a un milione di miliardi) di joule — per capirci, molto meno di quanto usi una piccola luce al LED.

Si tratta di un avanzamento tecnologico che, se opportunamente scalato, potrebbe consentire ai chip fotonici di processare la luce direttamente dalle fotocamere o permettere computazioni quantistiche3 di base, ma i vantaggi maggiori si avrebbero probabilmente nel campo dell’Intelligenza Artificiale.

Ad oggi, infatti, è possibile effettuare calcoli semplici utilizzando la luce, ma per quelli non lineari — come l’applicazione di regole decisionali, tanto importanti nel campo dell’IA — è necessario ancora convertire i segnali luminosi in segnali elettronici, che sono più lenti e consumano molta più energia.

Insomma, bisognerà vedere come evolveranno la tecnologia e il mercato, ma da oggi le premesse per rendere finalmente la computazione fotonica attraente ci sono tutte.

È un giorno qualsiasi sulla Terra, ma ciò che sta avvenendo, in maniera pressoché silenziosa e in larga parte ignorata, non è affatto banale: si tratta della più grande migrazione di biomassa sul pianeta, al cui confronto quella ben più famosa degli gnu del Serengeti impallidisce.

Miliardi di miliardi di piccoli organismi — principalmente zooplancton, ma anche krill e pesci lanterna — con una massa totale di svariati miliardi di tonnellate, vanno su e giù nelle acque oceaniche: di giorno scendono a una profondità di 200-300 metri, dove la luce è più scarsa, per evitare di essere avvistati dai predatori; di notte, col favore delle tenebre, risalgono in superficie per alimentarsi.

L’alternarsi del sole e della luna detta quindi il comportamento di innumerevoli forme di vita marine, ma in tempi recenti sta succedendo qualcosa di misterioso e preoccupante: gli oceani diventano più scuri, andando a inficiare la suddetta migrazione e minacciando la stabilità di tutta la rete trofica (o alimentare).

Dalle coste al mare aperto

Nel corso del passato decennio Tim Smyth, direttore scientifico presso il Plymouth Marine Laboratory (UK), si è occupato col suo gruppo di analizzare vent'anni di dati satellitari per capire gli impatti dell'illuminazione artificiale sulle proprietà ottiche degli oceani. Come spesso capita in ambito scientifico, per puro caso il team si imbatte in un fenomeno allarmante: grosse regioni interconnesse delle acque superficiali mostrano un progressivo oscuramento, che le rende più opache nei confronti della luce in arrivo.

Nelle zone costiere la cosa non è inaspettata: cambi nella destinazione del territorio — ad esempio, da suolo forestale a terreno agricolo — provocano un incremento delle sostanze organiche disciolte o in sospensione nelle acque dei fiumi, in particolare nel corso di inondazioni, conferendo loro quel caratteristico color tè prima che raggiungano i mari.

C'è inoltre da considerare che, quando i fertilizzanti agricoli finiscono nei fiumi, essi stimolano la crescita del fitoplancton — la “parte” vegetale del plancton, composta da organismi fotosintetici — con questa esplosione di alghe che riduce ulteriormente la capacità della luce di penetrare la colonna d'acqua.

Quello che però lascia a bocca aperta Smyth & co. è che il fenomeno dell'oscuramento non è affatto limitato alle coste, ma si estende fino in mare aperto, coprendo una superficie d'acqua pari a circa un quinto di tutti gli oceani.

Cambiamento, circolazione e fioritura

Il motivo non è ben chiaro, ma il gruppo sospetta che ci sia lo zampino del cambiamento climatico. Aumento delle temperature oceaniche, ondate di calore marine più frequenti, cambi di salinità in alcune regioni sono infatti tutti fattori che influenzano la circolazione delle masse d'acqua su larga scala, la qual cosa ha a sua volta un impatto sulla fioritura del fitoplancton.

Ecco come funziona: in inverno le acque oceaniche vengono solitamente ben miscelate dalle frequenti tempeste, ma con l'arrivo della primavera si iniziano a formare strati superficiali più stabili, che limitano la miscelazione verticale delle acque e fanno sì che la luce e i nutrienti si concentrino in superficie -- il luogo ideale per la crescita del fitoplancton.

Stanti così le cose, se mettiamo insieme circolazione oceanica globale alterata e cambiamenti meteorologici localizzati — quali condizioni sempre più soleggiate e meno ventilate anche in inverno — è verosimile che si abbia un'eccessiva fioritura di questi organismi, con conseguente oscuramento anche in mare aperto.

“OK, gli oceani stanno diventando più scuri: e allora?”. La risposta, come accennato nell'introduzione, va ben oltre l'aspetto visivo.

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Il carbonio dello zooplancton

La parola chiave in questo frangente è “competizione”: tutti gli organismi che dipendono dalla luce — il minuscolo fitoplancton per la fotosintesi, banchi di piccoli pesci e grandi tonni per la predazione — vedono il loro spazio vitale ristretto di decine, se non centinaia, di metri in verticale dal fenomeno dell'oscuramento, il che rende più feroce la competizione per le risorse.

Manco a dirlo, la situazione influenza anche il fondamentale zooplancton — che si ciba di fitoplancton e costituisce a sua volta nutrimento per i pesci — e la sua colossale migrazione giornaliera di cui sopra, con ripercussioni su tutta la rete trofica, che è naturalmente interconnessa, e gli allevamenti ittici. E il problema non si limita alle ore diurne: la luce riflessa dalla luna è infatti vitale per numerosi organismi notturni, in particolare (ma non solo1) per decidere quando alimentarsi o trovare riparo.

C'è anche una conseguenza meno evidente, ma certamente non meno importante, del progressivo oscuramento degli oceani e ha a che fare col ciclo del carbonio. Quando lo zooplancton muore, infatti, cola a picco sul fondale marino, sequestrando in profondità il carbonio presente nel proprio corpo; se a causa dell'oscuramento questi esserini non hanno bisogno di scendere così in basso come prima per celarsi nelle ombre, anche il carbonio verosimilmente non sarà più immagazzinato così in profondità e potrà ritornare in atmosfera più rapidamente.

È il caso di lasciare ogni speranza, quindi? Per fortuna no, come spiega lo stesso Smyth.

Ricerca e resistenza

Innanzitutto la connessione tra fioritura del fitoplancton, cambiamento climatico ed eventi meteorologici locali è complessa e quindi le conseguenze vanno studiate meglio prima di dare un giudizio definitivo.

Un discorso simile si può fare per le conseguenze globali del “restringimento” della colonna d'acqua, al di là dei suoi impatti immediati sulla rete trofica e gli allevamenti marini, e sul sequestro del carbonio, notoriamente difficile da calcolare con precisione a causa della scarsa profondità osservabile dai satelliti.

Inoltre, alcune misure attive possono sicuramente giovare alla salute degli oceani: ad esempio, una gestione più attenta e sostenibile del territorio costiero2, in particolare quello agricolo, oltre ovviamente a una drastica riduzione nell'emissione di gas serra, componente chiave del cambiamento climatico di origine antropica.

Certo, sarà un lavoro lungo e complicato, ma i nostri oceani hanno già dimostrato una straordinaria resilienza — si veda, ad esempio, l'incredibile ripresa delle foreste marine di kelp in California, in seguito alle intense ondate di calore tra il 2014 e il 2016 e successivi programmi di protezione — il che dà motivo di ottimismo per la salvezza di tutte le forme di vita che ne dipendono, esseri umani compresi.

Gli ormai già classici Large Language Model (LLM) come ChatGPT, Gemini e Claude stanno ultimamente vedendo un’evoluzione verso quelli che vengono chiamati agenti: Intelligenze Artificiali (IA) basate sugli LLM, ma in grado anche di agire per conto dell’utente in maniera sostanzialmente autonoma1 — ad esempio, accedendo alle e-mail, gestendo appuntamenti o inviando codice informatico su repository remoti.

Per migliorarne le prestazioni, di recente si usa dotare tali agenti di una memoria a lungo termine, in modo che possano ricordare dettagli specifici in merito ai compiti che stanno eseguendo. Ma si sa, all’aumento della convenienza solitamente corrisponde una diminuzione della sicurezza e ora c’è in giro una nuova minaccia, capace di infettare i ricordi per scopi illeciti: il suo nome è GhostWriter.

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Iniezione e attivazione

In realtà il problema dell’intrusione nella memoria degli agenti IA non è nuovo, ma finora ci si è focalizzati solo su casi in cui il “nemico” ha accesso diretto al bersaglio per condurre i suoi attacchi. George Torres, Sharad Shrestha e Satyajayant Misra della New Mexico University (USA) hanno però in mente un approccio più subdolo e realistico.

GhostWriter, parto della mente e delle capacità tecniche del trio, opera infatti tramite contraffazione di mail, documenti ed eventi in calendario ricevuti dall’agente nell’ambito della sua normale attività. Più precisamente, esso agisce in due fasi:

1. iniezione, in cui viene inviato un contenuto nascosto e compromettente all’agente, che lo salva inconsapevolmente nella sua memoria a lungo termine;

2. attivazione, in cui il ricordo compromesso viene ripescato dalla memoria e influenza il comportamento successivo dell’agente.

Si pensi, ad esempio, alla ricezione e memorizzazione di un’istruzione truffaldina che successivamente faccia sì che l’agente IA includa un indirizzo non autorizzato — come quello del responsabile dell’attacco — in e-mail contenenti informazioni confidenziali o finanziarie.

Nei test effettuati dal gruppo con 16 scenari di attacco contro gli agenti IA più avanzati2, la fase di iniezione ha successo nel 98% dei casi e quella di attivazione nel 60%: è chiaro quindi che il problema è serio. Niente paura, però: Torres & co. hanno già pensato a una soluzione, dal rassicurante nome di Agentic Memory Sentry (AM-Sentry).

AM-Sentry in soccorso

AM-Sentry difende la memoria di un agente IA su due fronti:

• un criterio di salvataggio delle informazioni in memoria, impostabile su tre livelli di sicurezza diversi, con giudizio finale da parte di un LLM;

• un controllo sul ritrovamento dei dati dalla memoria, che può essere attivato o meno.

In totale si hanno quindi sei diversi profili di sorveglianza, dal più permissivo che valuta semplicemente l’utilità futura di un inserimento in memoria, a quello più restrittivo che valuta l’inserimento in base a sette diversi parametri (tra cui vulnerabilità, sensitività e fonte dell’informazione) ed effettua un ulteriore controllo in fase di recupero del ricordo in base a quattro parametri, tra cui la sua rilevanza ed eventuali contraddizioni rispetto all’attività corrente.

I test effettuati dal gruppo si rivelano promettenti, in particolare quelli col livello di sicurezza più alto, che in media arriva a ridurre il successo degli attacchi di GhostWriter (iniezione + attivazione) al 20%, per di più con un prezzo minimo da pagare in termini di convenienza e performance degli agenti.

Lo studio presenta sicuramente delle limitazioni — ad esempio, si basa solo sull’utilizzo di mail e appuntamenti come strumenti di attacco e su una settimana di lavoro simulata che potrebbe non essere realistica — ma mostra comunque che, con le dovute precauzioni, si può guardare con un po’ più di fiducia a un futuro in cui le nostre mansioni saranno alleviate da agenti IA personalizzati.

Molto apprezzato nella dieta mediterranea e non solo, il pomodoro (Solanum lycopersicum) sale improvvisamente alla ribalta nel mondo scientifico per il suo contenuto di licopene, il pigmento rosso che gli fornisce il caratteristico colore ed è noto per il suo effetto antiossidante.

In esperimenti recenti, infatti, modelli di topo affetti da Parkinson1 vedono migliorare le loro compromesse capacità motorie semplicemente grazie all’assunzione quotidiana del composto, fornendo speranza per simili risultati positivi in futuro anche per gli esseri umani.

Dopamina in campo aperto

Ma perché il gruppo di ricerca della Jiamusi University (Cina) coordinato da Jun Xia si affida proprio al licopene? Il motivo è che studi precedenti hanno evidenziato il potenziale preventivo e terapeutico del pigmento per varie patologie neurodegenerative. Non è però ben chiaro quale sia il suo meccanismo molecolare contro il Parkinson, il che ne limita l’applicazione.

Il team si mette quindi al lavoro, impiegando topi a cui è stata somministrata MPTP, una tossina che danneggia selettivamente i neuroni dopaminergici — cellule nervose che sintetizzano e rilasciano dopamina, il messaggero chimico (o neurotrasmettitore) che controlla piacere, motivazione e movimento — in modo da imitare il comportamento della malattia.

I test vengono effettuati con apparati standard quali campi aperti (open fields) e assi di bilanciamento e i risultati sono subito promettenti: i topi alimentati quotidianamente con licopene camminano in maniera più stabile, esplorano di più e mostrano meno segni di ansia e depressione rispetto al gruppo di controllo.

Analisi biochimiche confermano le aspettative: nel mesencefalo — la parte del cervello responsabile, tra l’altro, dei movimenti muscolari — degli animali trattati col pigmento sono presenti molti più neuroni dopaminergici e quindi livelli di dopamina più alti, oltre a un bilanciamento migliore di sostanze chimiche associate.

Più nello specifico, il merito del rallentamento del Parkinson sembra essere attribuibile ai trasportatori striatali della dopamina (DAT), ossia i “camioncini per il riciclo” del neurotrasmettitore situati sulla superficie esterna dei neuroni.

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DAT S.p.A.: trasporto e riciclo

Ecco come funziona: in risposta a determinati segnali elettrici, la dopamina viene rilasciata nello spazio microscopico tra neuroni, detto fessura o spazio sinaptico; da lì si muove verso la cellula successiva e si lega ai suoi recettori, in modo da trasferire il segnale. Compiuto il processo, entrano in gioco le proteine DAT, che risucchiano la dopamina all’interno del neurone che l’ha inizialmente rilasciata, così da poter essere riutilizzata.

Poiché nei pazienti con Parkinson il numero di neuroni dopaminergici diminuisce, anche il numero di DAT disponibili risulta ridotto; grazie alla somministrazione di licopene, però, Xia & co. notano livelli significativamente più alti di trasportatori nelle cellule del mesencefalo dei topi così trattati. Inoltre, simulazioni e test di laboratorio successivi mostrano che il pigmento è in grado di legarsi direttamente ai DAT.

Il tutto sembra suggerire che il licopene possa stabilizzare il meccanismo di segnalazione dopaminico, aiutando i trasportatori a effettuare il loro lavoro di riciclo più efficacemente. Abbiamo quindi scoperto una cura per il Parkinson, per di più prontamente disponibile in alimenti comuni quali pomodoro, anguria e pompelmo rosa? Non così in fretta, purtroppo.

I limiti dell'ottimismo

Innanzitutto, un singolo studio su piccoli animali non basta per garantire gli stessi risultati sugli esseri umani, tanto più che i topi trattati con MPTP sviluppano i sintomi del Parkinson molto più velocemente di noi. Inoltre, il licopene è stato somministrato una volta al giorno per 21 giorni con un dosaggio pari a 5 mg/kg di peso: vanno verificati gli effetti di dosaggi differenti e per periodi più lunghi.

Va anche detto che non è ben chiaro quanta parte del pigmento raggiunga il cervello umano dopo un pasto e inoltre non è da escludere che, oltre al maggior numero di DAT, altri fattori abbiano contribuito al miglioramento delle condizioni di salute dei topi alimentati con licopene.

Ciò nonostante, si tratta di una ricerca che apre interessanti possibilità e autorizza un cauto ottimismo: certo, siamo appena agli inizi, ma è indubbiamente incoraggiante vedere come un pigmento alimentare così comune sulle nostre tavole possa avere potenziale neuroprotettivo.

Ci si rilegge quindi ad agosto, sperando che nel frattempo la morsa del caldo si sia un po’ allentata!

Nell'essere umano e in altri animali dotati di cervello, come i mammiferi, il sonno è indispensabile per consolidare i ricordi delle esperienze vissute durante il giorno ed eliminare i prodotti di scarto del metabolismo dal cervello stesso, tra le altre cose. Di conseguenza non è ben chiaro come mai il sonno si sia evolutivo anche (anzi, prima) negli invertebrati, che mancano di un vero e proprio cervello e possiedono solo una semplice rete nervosa.

Ora un gruppo di ricerca israeliano potrebbe aver trovato una spiegazione grazie allo studio di Cassiopea andromeda (conosciuta anche come “medusa1 capovolta”), che non solo dorme, ma lo fa con tempi e ritmi molto simili ai nostri — compreso come ci comportiamo dopo una notte insonne.

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Il sonno umano di C. andromeda

C. andromeda vive solitamente in acque basse e deve il suo soprannome al fatto che tende a giacere sottosopra sul fondale, tanto da venire talvolta confusa con le anemoni di mare. Ovviamente questo non è un problema per Lior Appelbaum e il suo team presso l’università di Bar-Ilan, che registra il comportamento di esemplari tenuti in vasche da laboratorio.

Per simulare l’alternanza giorno-notte e studiarne il ciclo di sonno, le meduse vengono esposte a 12 ore di luce e 12 di buio… ma un momento, come si fa a capire quando una medusa sta dormendo2? Nelle Cassiopea si sa che un indicatore importante è il ritmo delle pulsazioni, che si pensa aiutino gli animali ad alimentarsi e a distribuire l’ossigeno per tutto il corpo.

E così il gruppo esamina le registrazioni, stabilendo che 37 pulsazioni è la soglia che separa la veglia dal sonno; in particolare, durante il giorno simulato, C. andromeda risponde rapidamente agli stimoli luminosi e alimentari, mentre in condizioni notturne le sue reazioni sono rallentate — un chiaro segno che l’alternanza tra luce e buio ne influenza il ciclo di riposo.

A proposito, pare che noi umani abbiamo ereditato i ritmi di questi antichi animali: Appelbaum & co. notano, infatti, che le meduse dormono circa 8 ore, principalmente di notte, ma senza disdegnare una “pennichella” a metà giornata! Inoltre, la melatonina ha effetti soporiferi anche per loro e, se disturbate durante il sonno, tendono a dormire di più il giorno successivo.

Integrità e manutenzione cellulare

Il tutto viene confermato in seguito anche per esemplari in natura, cosicché non resta che una domanda a cui rispondere: perché queste meduse dormono (e per così tanto tempo), mettendosi alla mercé dei predatori, se non hanno un cervello di cui prendersi cura?

Studi sui pesci hanno dimostrato che il sonno diminuisce i danni al DNA ed è essenziale per la salute dei neuroni maturi. Per verificare se lo stesso vale anche per le meduse, il gruppo usa un noto biomarcatore3 per esaminare i livelli di danno al DNA di singole cellule di C. andromeda alla fine dei periodi di veglia e riposo.

Come previsto, i danni si accumulano mentre la medusa è sveglia e diminuiscono dopo che ha dormito; inoltre, quando il team impiega luce ultravioletta per danneggiarne ulteriormente il DNA, l’animale dorme più del normale per ripararlo.

Ovviamente andranno effettuati ulteriori esperimenti su altri cnidari — il phylum a cui appartengono meduse, coralli e anemoni4 — ma i risultati dello studio coordinato da Appelbaum suggeriscono che il sonno si sia evoluto ancor prima del cervello al fine di supportare la manutenzione cellulare e preservare l’integrità genomica.

Che si tratti di cacciare animali in epoca preistorica o guidare un'automobile in epoca moderna, il calcolo accurato del tempo si rivela una capacità importante per l'essere umano. Potrebbe sembrare un’operazione banale, ma in realtà decenni di ricerca hanno dimostrato come la percezione del tempo sia influenzata da numerosi fattori, quali età, stato emotivo e ambiente esterno.

A partire da tali conoscenze, una coppia di ricercatori ha ora approfondito ulteriormente la questione, scoprendo che persino rumori di sottofondo possono distorcere la nostra percezione, facendoci sembrare suoni in primo piano più lunghi o più corti di quanto siano in realtà.

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Stimoli uditivi e sostituzione sensoriale

L'inizio brusco di uno stimolo visivo o uditivo (si pensi al suono di una sveglia) solitamente ce lo fa apparire più lungo, allo stesso modo di quando siamo preda di emozioni negative; al contrario, se la nostra attenzione viene divisa tra un'attività di calcolo del tempo e una che non lo riguarda (ad esempio, effettuare un'operazione aritmetica), il tempo sembra accorciarsi.

È possibile creare un modello pratico in grado di tenere conto di tutte queste variabili? Per i neuroscienziati Achille Pasqualotto e Hiroto Kawarada dell’università di Tsukuba (Giappone) la risposta è sì e per dimostrarlo i due si concentrano sugli stimoli uditivi.

Ora, bisogna dire che vari studi precedenti avevano già esaminato l'effetto di suoni in movimento sulla percezione del tempo, ma in quei casi tali suoni erano gli stessi che i soggetti dei test dovevano misurare, il che può generare confusione. Pasqualotto e Kawarada, invece, effettuano degli esperimenti più rigorosi, usando un interessante stratagemma: i suoni di cui stimare la lunghezza sono reali, ma ad essi ne aggiungono altri di sottofondo “simulati” — una tecnica nota come sostituzione sensoriale, in cui un dispositivo (The vOICe, in questo caso) converte uno stimolo visivo in uno uditivo.

Alterazione evolutiva

I 48 partecipanti ai test — 24 femmine e 24 maschi intorno ai 22 anni di età — vengono bendati, muniti di cuffie e divisi in tre gruppi da 16: nel primo i rumori di sottofondo (ottenuti dalla “sonificazione” di una semplice immagine monocromatica) sono in avvicinamento, nel secondo in allontanamento e nel terzo, quello di controllo, sono distorti e incomprensibili. A questo punto sei toni di diversa durata vengono riprodotti ognuno quattro volte, coi suoni di fondo sempre attivi; dopo ogni riproduzione, i soggetti dei test tengono premuta una barra per un tempo pari alla durata percepita del tono.

I risultati sono chiari: con rumori di sottofondo in avvicinamento, i toni vengono mediamente stimati circa il 15% (!) più lunghi della realtà, mentre con rumori in allontanamento i toni vengono sottostimati di circa il 6%1. Il gruppo di controllo, invece, produce valori misti, ma non statisticamente significativi rispetto agli altri due.

Secondo i ricercatori, tutto ciò ha senso dal punto di vista evolutivo: suoni in avvicinamento probabilmente richiedevano (e richiedono tuttora) una risposta più rapida e quindi l'accelerazione soggettiva del tempo rifletterebbe questo stato di allerta; al contrario, suoni in allontanamento richiedono minor attenzione e quindi la nostra percezione del tempo risulterebbe rallentata.

Insomma, pur con qualche limitazione — ad esempio, andrebbero effettuati esperimenti con rumori di sottofondo di diversa durata o con un meccanismo diverso da quello della barra da tenere premuta — si tratta del primo studio a dimostrare che suoni non in primo piano alterano la stima del tempo, con potenziali applicazioni in campi quali il web design, la realtà virtuale e i videogiochi.

La maggior parte delle galassie nell'universo contemporaneo ruotano in maniera ordinata: stelle e gas viaggiano in orbite sostanzialmente circolari attorno a un nucleo centrale, tenute insieme dalla gravità e con la rotazione stessa (o momento angolare) che impedisce loro di collassare.

Esistono però anche galassie dette “a rotazione lenta”, in particolare tra quelle più massicce e quiescenti (dove la formazione di nuove stelle è praticamente azzerata), in cui le stelle si muovono in maniera casuale e caotica ed è proprio questo “tremolio” a creare una pressione tale da evitarne il collasso. La loro esistenza si deve principalmente a ripetute fusioni e collisioni tra galassie, che vanno a destabilizzare il movimento ordinato di stelle e gas; di conseguenza, non ci si aspetta di trovarne molte nell'universo primordiale.

Ma a JWST, si sa, non piace molto seguire le regole e così una collaborazione nordamericana di astronomɜ ha da poco annunciato la scoperta, grazie al potente telescopio spaziale, di una galassia massiccia a rotazione lenta quando l'universo non aveva nemmeno due miliardi di anni.

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Spettroscopia integrale per XMM-VID1-2075

XMM-VID1-2075: un nome piuttosto insignificante per una galassia che potrebbe costringerci a rivedere i nostri modelli cosmologici. Quando l'universo esisteva da appena 1,8 miliardi di anni, infatti, essa aveva una massa pari a circa 330 miliardi di soli (più della nostra Via Lattea!), era quiescente e la sua rotazione si era già praticamente arrestata.

Ma come si fa a ottenere tutti questi dati per una galassia così lontana nel tempo e nello spazio? La risposta è JWST, in particolare grazie alla straordinaria risoluzione e sensibilità dello strumento NIRSpec, con la sua spettroscopia a campo integrale — una tecnica che consente di acquisire informazioni dettagliate sull’interazione tra materia e radiazione elettromagnetica, come la luce.

Bisogna però fare attenzione a che non si tratti di un “falso positivo” e così l'astronomo Ben Forrest dell’università della California e colleghɜ confrontano XMM-VID1-2075 con altre due galassie — XMM-VID3-1120 e XMM-VID3-2457 — osservate da JWST nell'ambito dello stesso programma1. Pur usando gli stessi metodi analitici, i risultati sono molto diversi: sebbene con velocità e organizzazione diverse, le due mostrano chiari segni di rotazione ordinata.

E così non resta che cercare di dare una spiegazione all’ennesimo mistero cosmico rivelato dal telescopio spaziale.

Varie ipotesi per un caso irrisolto

La prima ipotesi considerata nello studio è che il nostro punto di osservazione su XMM-VID1-2075 ci tragga in inganno sulla sua velocità di rotazione — il che può capitare per galassie viste frontalmente — ma la pista viene presto scartata perché, tra le altre cose, i dati mostrano che la galassia presenta un’inclinazione tra i 28 e i 40 gradi, più che sufficiente per misurarne accuratamente la rotazione.

I conti non tornano, come già accennato, neanche per il caso delle fusioni e collisioni multiple, che solitamente spiegano le galassie a rotazione lenta: sebbene nella parte nord-est si notino segni di una possibile fusione minore con un’altra galassia, è altamente improbabile che in "soli” 1,8 miliardi di anni ne possano avvenire abbastanza — per di più senza lasciare segni visibili — da confermare l’ipotesi.

A questo punto, restano in piedi solo due possibilità. La prima è che XMM-VID1-2075 abbia vissuto un’unica, grossa fusione con una galassia di massa simile, avvenuta almeno 500 milioni di anni fa: un tempo sufficiente a cancellare i segni dell’evento, tranne che a osservazioni estremamente profonde. Per funzionare, però, quest’ipotesi richiede che le due galassie avessero originariamente rotazioni non solo opposte, ma anche con velocità simili — un’evenienza sicuramente non comune.

La seconda possibilità è invece suggerita da simulazioni al computer: XMM-VID1-2075 potrebbe aver subito una precipitazione isotropica (cioè, uguale in ogni direzione) di gas, in grado di scatenare sia il buco nero supermassiccio al centro della galassia che esplosioni di stelle massicce in supernova, fenomeni che a loro volta avrebbero esaurito e/o surriscaldato il gas per la formazione di stelle e reso la galassia quiescente e a rotazione lenta.

Per trovare la soluzione giusta al mistero saranno necessarie ulteriori, più approfondite indagini, così come osservare altre galassie massicce a rotazione lenta per capire qual è l’ipotesi statisticamente più probabile. Insomma, dal punto di vista di Forrest e del resto della comunità astronomica, ci sarà da divertirsi.

All'incirca quattro miliardi di anni fa un insieme di molecole si unì a formare le prime protocellule1, ovvero i primi organismi a poter essere considerati viventi. All'inizio le loro funzioni erano basilari — si nutrivano, crescevano e si dividevano — ma poi l'evoluzione iniziò a fare il suo corso, consentendo a quelle cellule di diversificarsi in tanti tipi diversi.

Ancora oggi non è ben chiaro come avvenne la transizione da non-vita a vita (o abiogenesi), ma ovviamente non sono mancati i tentativi di replicarla in laboratorio. Ora un gruppo di ricerca americano è riuscito per la prima volta ad avvicinarsi all'obiettivo, creando una cellula sintetica in grado di crescere e riprodursi.

Manuale di fabbricazione di una cellula

Ci sono due approcci principali per affrontare la sfida suddetta: prendere una cellula batterica e provare a ridurre il suo genoma al minimo indispensabile per sopravvivere oppure assemblare una cellula da zero usando varie molecole. La biologa di sintesi Kate Adamala e il suo laboratorio presso l’università del Minnesota preferiscono quest’ultimo.

Per prima cosa, è necessario fornire alla loro cellula sintetica un sistema fondamentale, ossia quello che consente di copiare il DNA e passarlo alla progenie. Fortunatamente c’è già chi ha provveduto a creare questo “mattoncino” e così al gruppo non resta che farvi le modifiche necessarie per integrarlo con altri sistemi, tra cui un pacchetto di 36 enzimi per leggere il DNA e produrre proteine.

Mentre una parte del team si dedica allo scopo, aggiungendo o togliendo geni e aggiustando concentrazioni molecolari, un’altra prepara le “razioni alimentari”: il piccolo genoma sintetico, infatti, non codifica geni del metabolismo deputati, tra le altre cose, all’elaborazione dei nutrienti.

Poiché l’attività cellulare avviene all’interno di una membrana lipidica (o grassa) che contiene tutto il necessario, Adamala & co. usano allo scopo i cosiddetti liposomi, delle “sacchette” vuote racchiuse da una semplice membrana lipidica.

Oltre che con il materiale di cui sopra, il gruppo ne riempie altri con zuccheri, lipidi, enzimi e molecole complesse — come RNA transfer e ribosomi, che lavorano insieme per tradurre istruzioni geniche in proteine — e fa in modo che le rispettive membrane si fondano tra loro, andando in pratica a costituire il corpo della cellula sintetica.

Dopo tanto lavoro di integrazione, messa a punto e ottimizzazione, arriva finalmente il momento di verificare se il sistema funziona.

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Divisione forzata

Adamala ricorda così l’emozione del momento:

Come darle torto? La cellula sintetica, infatti, inizia a crescere e a replicare il proprio DNA. Ma poi la biologa ricorda che, per realizzare a pieno la sua visione, manca ancora un pezzo: la divisione cellulare, vera e propria “bestia nera” della ricerca nel settore.

Il problema è che si tratta di un processo complesso, in cui una cellula riorganizza il suo citoscheletro — una rete di fibre proteiche che fornisce supporto strutturale — in modo da dividere a metà il DNA nei cromosomi e poi “strapparli” in due parti, come mostrato nella sequenza di immagini al microscopio qui sotto.

E se fosse possibile usare un meccanismo diverso e più semplice? La risposta arriva, dopo lunga ricerca, da uno studio precedente che mostra come “appiccicare” delle etichette proteiche — brevi sequenze di amminoacidi o acidi nucleici come DNA e RNA — a una membrana cellulare in modo da attirare altre proteine che, con la forza dei numeri, facciano pressione sul guscio e costringano la cellula a dividersi.

Dopo vari tentativi, anche questo processo funziona; il resto, come si suol dire, è storia: mettendo assieme vari pezzi sviluppati da altri gruppi e ottimizzandoli per lavorare all'unisono, l'Adamala Lab dimostra che è possibile far sì che il mondo chimico dia vita — in senso letterale — a uno biologico.

Una spudcell per l’origine della vita

Ovviamente fioccano i complimenti della comunità scientifica per uno studio potenzialmente rivoluzionario, ma altrettanto prevedibilmente non mancano gli inviti alla prudenza, come buona norma in casi straordinari come questo.

Il problema principale è che la cellula sintetica — che il team ha battezzato “spudcell”, dove “spud” è lo slang per “patata” — non è in grado di sopravvivere senza costanti rifornimenti di nutrienti e ribosomi dall'esterno. Inoltre, manca del tutto di difese e di un sistema in grado di smaltire i rifiuti. Infine, il meccanismo di divisione utilizzato è piuttosto inefficiente, sia a livello energetico che come velocità.

E per quanto riguarda una possibile evoluzione? Modificando il DNA della spudcell, Adamala & co. hanno anche creato esemplari più grandi, con più prole e che sono diventati dominanti — un qualcosa che può ricordare la selezione naturale di tratti favorevoli. Sono però mutazioni indotte e non errori di replicazione casuali: paradossalmente l'enzima che costruisce nuovi filamenti di DNA funziona troppo bene!

Insomma, c'è ancora da lavorare, ma ciò che il gruppo ha realizzato è quanto di più vicino alla creazione della vita in laboratorio; con la generosa messa a disposizione pubblica degli strumenti utilizzati nella ricerca2, si spera che i miglioramenti non tardino a venire, portandoci sempre più vicino alla comprensione delle origini della vita sulla Terra.

La fotosintesi è un processo fondamentale per la vita sulla Terra, in quanto consente alle piante (ma anche alle alghe e ad alcuni batteri) di produrre energia per la propria crescita, che a sua volta rappresenta la base della rete trofica (o alimentare)1 globale — per non parlare della generazione di ossigeno come prodotto di scarto.

Ma in un regime di forte innalzamento delle temperature a causa delle attività umane, anche questo cruciale processo chimico è messo a rischio: la ricerca scientifica non solo prevede cambiamenti nell'efficienza della fotosintesi, ma anche che le piante per sopravvivere rilasceranno una parte dell'anidride carbonica assorbita, alimentando un pericoloso circolo vizioso.

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Rubisco e fotorespirazione

La maggior parte degli studi in merito agli effetti del riscaldamento globale sulle piante si focalizza sui raccolti agricoli, usando i risultati ottenuti per effettuare stime riguardo specie diverse — decisamente non ideale, se si pensa alle differenti temperature sopportate, che so, da una coltura di breve durata e a livello del suolo come il riso e da una torreggiante sequoia che attraversa i cambi di stagione.

Il fisiologo vegetale Rakesh Tiwari inizia a rendersi conto che questo approccio limita la capacità di prevedere in maniera accurata e capire come gli alberi rispondono ai cambiamenti di temperatura durante il dottorato di ricerca, quando studia in che modo l’aumento delle temperature influenza la fotosintesi negli alberi della foresta pluviale amazzonica.

Normalmente la fotosintesi avviene in due reazioni principali, che trasformano l’energia luminosa in carburante a base di carbonio:

• In una prima fase, la luce aiuta la pianta a produrre molecole specializzate nel trasporto di elettroni energetici e la famosa ATP (adenosina trifosfato), un composto che fornisce energia a supporto di numerosi processi cellulari;

• In una seconda fase, l’ATP viene usata assieme all’anidride carbonica nell’aria per sintetizzare glucosio con l’aiuto di un enzima — una macromolecola proteica in grado di catalizzare (o favorire) reazioni chimiche — chiamato rubisco.

E qui iniziano a sorgere i problemi, perché il rubisco può anche impiegare, per errore, ossigeno al posto della CO₂, creando sottoprodotti tossici per la pianta. C’è però una via di uscita chiamata fotorespirazione, un processo che pone rimedio al disastro eliminando l'ossigeno in eccesso.

Ma la cura ha un prezzo, che diventa salato con l’alzarsi delle temperature.

Prendere ossigeno per anidride

In uno studio del 2020 di cui è primo autore, Tiwari e il suo team notano che la fotosintesi rallenta ad alte temperature, ma un complesso di proteine implicate nella prima fase di cui sopra resta attivo: dopotutto, le piante non hanno tende o tapparelle per schermare le foglie dalla luce solare.

In assenza della seconda fase e quindi in mancanza di anidride carbonica, il rubisco finisce per catalizzare ossigeno e quindi la fotorespirazione deve intervenire a pieno regime — se non fosse che il processo non solo spreca l'energia accumulata nella fase luminosa per scindere i sottoprodotti tossici, ma nel farlo rilascia anche CO₂ nell'atmosfera, andando a peggiorare il già grave effetto serra.

Come se non bastasse, i modelli climatici non sono ancora in grado di quantificare accuratamente il danno, in quanto usano un valore fisso per la fotorespirazione o, come detto, si basano su colture agricole. Fortunatamente, ci sono persone come Tiwari a cercare di migliorare la situazione: in uno sforzo internazionale che abbraccia oltre alla sua India anche Portorico e Svezia, si sta provvedendo a studiare le variazioni nel processo in numerosi alberi diversi.

Le osservazioni sono impressionanti: si va da specie che non usano affatto la fotorespirazione ad altre in cui tale processo è più attivo della fotosintesi stessa! Ma perlomeno i dati iniziano finalmente ad arrivare e con essi la speranza di migliorare non solo i nostri modelli, ma anche la tolleranza alle alte temperature in queste piante secolari.

Il gatto di Schrödinger è una metafora piuttosto famosa anche tra chi non è appassionatə di fisica e viene usata per indicare una situazione di totale incertezza: il felino può essere considerato allo stesso tempo vivo e morto (!), finché non ci si accerta direttamente del suo stato.

In realtà si tratta di un esperimento mentale ideato nel 1935 da Erwin Schrödinger, uno dei padri fondatori della meccanica quantistica, per prendersi gioco dell'interpretazione prevalente all'epoca, quella cosiddetta di Copenhagen1, che se applicata non solo al mondo minuscolo delle particelle, ma anche a quello macroscopico di tutti giorni, porta a risultati assurdi come quello dell'esistenza di gatti “non-morti”.

Il motivo per cui ne scrivo oggi è che un team di ricerca australiano ha resuscitato (pardon) l'analogia per spiegare in maniera semplice una scoperta che potrebbe rivelarsi fondamentale per il progresso tecnologico dei computer quantistici.

Errori quantistici e miagolii

Innanzitutto, sfatiamo un mito: quando si parla di computer quantistico non si intende un calcolatore in grado di farci navigare a velocità stratosferiche o giocare a videogiochi dalla complessità inimmaginabile. Però, per determinate operazioni — ad esempio, la scoperta di nuovi farmaci o la simulazione di reazioni chimiche — un computer del genere può raggiungere prestazioni inarrivabili dai classici PC.

Questo almeno in teoria, visto che gli attuali computer quantistici soffrono di un problema estremamente grave: gli errori. Uno stato quantistico è infatti estremamente delicato e, se non è perfettamente isolato dall'ambiente circostante, si deteriora rapidamente2 e diventa in sostanza inutilizzabile. Come fare per evitare il problema?

Per spiegarlo, affidiamoci al gatto di Schrödinger e immaginiamo che esso si trovi in una di otto scatole di cartone identiche, in una stanza buia e rumorosa. Noi vogliamo sapere quale, ma c'è un inconveniente: entrare nella stanza rischierebbe di uccidere il gatto3. È necessario quindi lavorare di fino ed escogitare una soluzione creativa — ad esempio, utilizzare degli irrigatori.

Per la precisione, se ne piazza uno sopra ogni scatola e li si aziona in sequenza, mettendosi all'ascolto dell'eventuale miagolio irritato del felino. Ma, come detto, la stanza è rumorosa e quindi, per essere sicuri di aver davvero sentito un “miao”, bisognerebbe ripetere l'irrigazione più volte — se non fosse che ciò potrebbe mandare in panico il povero animale e convincerlo a saltare in un'altra scatola.

Non se ne esce, eh? E invece sì, grazie a un interessante stratagemma per non spaventare il gatto, ideato da un gruppo di ricerca della UNSW Sydney coordinato dal prof. Andrea Morello.

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Di antimonio ed elettroni

Il trucco è quello di fermarsi non appena si pensa di aver sentito il primo miagolio; a quel punto, si continua a spruzzare acqua solo sulle scatole dove non dovrebbe esserci il gatto. Se da queste ultime non proviene alcun rumore, ciò non fa che aumentare la probabilità che il primo “miao” sia stato reale — come si suol dire, a volte il silenzio può essere assordante.

OK, ma come si traduce tutto ciò in termini di sistemi fisici e computer quantistici? Nel nostro caso:

• il gatto di Schrödinger è il nucleo di un atomo di antimonio, impiantato nel chip di un computer quantistico;

• le otto scatole rappresentano gli stati che il nucleo può assumere e che possono essere quindi usati per salvare informazioni;

• infine, l’irrigatore è un elettrone che può essere spinto sull'atomo e poi rimosso in base allo stato dello spin (in pratica, la rotazione) del nucleo.

Ora, in condizioni normali l'aggiunta e la rimozione dell'elettrone possono disturbare il nucleo e farlo passare a un altro stato, così come ripetute irrigazioni della scatola possono convincere il gatto a saltare in un'altra; con il sistema di Morello & co., invece, l'elettrone viene rimosso dall'atomo solo una volta — in seguito, vengono sondati solo gli stati “vuoti”.

Computer quantistici alla ribalta?

I risultati dello studio sono molto promettenti: possibilità di errore più che dimezzata, tempo totale di misurazione ridotto a un terzo, probabilità di trovare il “gatto” nella “scatola” giusta aumentata fino al 99,61% — una percentuale che consente la correzione efficace degli errori quantistici.

L'approccio per la riduzione degli errori usato dal gruppo è inoltre piuttosto universale4, il che ne consente l'applicazione a un'ampia gamma di sistemi quantistici, dato che molti di essi si basano su architetture hardware simili tra loro.

Insomma, potrebbe essere finalmente arrivato il momento per i computer quantistici di vedere le luci della ribalta… posto che queste non spaventino il delicato gatto di Schrödinger.

A scuola ci insegnano che, a un certo punto nella storia della vita, alcuni pesci si sono evoluti in anfibi, quindi alcuni di questi anfibi in rettili e infine alcuni dei rettili in mammiferi. Più nel dettaglio, i primi discendenti dei pesci ad aver colonizzato la terraferma sarebbero stati i tetrapodi, antichi vertebrati a quattro zampe.

C’è però un problema: una coppia di paleontologi americani si è imbattuta in dei fossili che sembrano mettere completamente in discussione la premessa basilare che i primi tetrapodi si sviluppassero in maniera simile ai moderni anfibi — inclusa la cruciale metamorfosi da girini acquatici a individui adulti in grado di camminare sulla terra.

I tessuti molli del Mazon Creek

La metamorfosi rappresenta un’importante ipotesi per spiegare la difficile transizione dall’acqua alla terraferma: la perdita o il cambiamento di organi transitori, in particolare il riassorbimento delle branchie e del loro scheletro di supporto, proteggono contro la disidratazione e facilitano lo scambio di gas vitali, rendendo superflui adattamenti a tale scopo in fase embrionale.

Purtroppo, quando si parla di antichi tetrapodi, le evidenze fossili sono decisamente scarse, in particolare per quanto riguarda i tessuti molli come le branchie, e quindi si possono appunto solo fare ipotesi, per quanto sensate o prevalenti. A Jason D. Pardo e Arjan Mann del Field Museum of Natural History di Chicago, però, quest’incertezza non va giù e così i due decidono di provare a vederci chiaro.

Per loro fortuna, da quelle parti si trova il famoso Mazon Creek Lagerstätte, un deposito sedimentario che preserva una quantità straordinaria di fossili del tardo Paleozoico. Ovviamente i rinvenimenti sono conservati in vari musei, fondazioni e collezioni private, ma i ricercatori non si lasciano scoraggiare e, con pazienza certosina, mettono assieme quello che definiscono come “ad oggi il più esteso campionario filogenetico1 delle prime fasi di sviluppo degli antichi tetrapodi”.

Tempo di passare alle analisi che, come anticipato, portano a risultati a dir poco sorprendenti.

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Embolomeri senza branchie

Il campione meglio conservato (vedi immagine sotto, parte sinistra) risulta essere quello di un giovanissimo embolomero, un antico gruppo di grossi predatori semi-acquatici, in qualche modo simili ai moderni coccodrilli, che vivevano in laghi e paludi tra i 350 e i 280 milioni di anni fa.

Probabilmente si tratta di un esemplare morto immediatamente prima di iniziare ad alimentarsi, data l’assenza di un apparato digerente, ma la mancanza che colpisce di più Pardo e Mann è quella di branchie esterne. In compenso, sono presenti tracce dettagliate dei tessuti molli di testa e collo: un bersaglio perfetto per il microscopio elettronico a scansione, che rivela delicate strutture simili a quelle di cheratina nella bocca dei girini.

Nessun segno di branchie nemmeno in un altro fossile ben conservato di embolomero (vedi immagine sopra, parte destra), né in uno di aistopoda — anfibi simili a serpenti vissuti più o meno nello stesso periodo — né tantomeno in esemplari di Esconichthys apopyris, animali pinnati simili ai tetrapodi i cui fossili sono abbondanti a Mazon Creek.

Insomma, che fine hanno fatto gli organi transitori tipici della metamorfosi negli anfibi?

Metamorfosi ed evoluzione

La risposta dei due ricercatori è tanto semplice quanto sconvolgente: i tetrapodi non effettuavano la metamorfosi, ma piuttosto sviluppavano direttamente la testa e presentavano una precoce ossificazione del cranio e della mascella, durante la transizione da pinne a zampe.

Ciò implicherebbe che in realtà i tetrapodi adulti non colonizzarono rapidamente la terraferma come si pensava, ma vivevano invece nello stesso ambiente delle larve: per quanto le loro uova venissero deposte sul suolo, solo una successiva accelerazione nello sviluppo delle zampe e dei denti avrebbe portato all’abbandono della vita acquatica.

Gli autori dello studio ammettono che ciò lascia aperta la domanda in merito a quando l’evoluzione abbia “scoperto” la strategia della metamorfosi. Si sa che essa era usata dai temnospondili, un sottogruppo dei tetrapodi vissuto tra i 330 e i 120 milioni di anni fa, ma per il resto le evidenze fossili sono estremamente rare.

Comunque sia, per quanto forse un po’ drammatiche, le parole di Pardo sono significative: “La storia era che la metamorfosi è lo strumento grazie al quale gli animali hanno effettuato la transizione dall’acqua alla terra. Quella storia non funziona più, è polvere al vento”.

Il successo della procreazione assistita dipende in larga parte dalla capacità dell’embriologə (o biologə della riproduzione) di turno, la cui formazione richiede ovviamente tanto studio e pratica e la cui prestazione quotidiana è soggetta a variabili quali stress e affaticamento.

Ciò è particolarmente vero per tecniche comuni, ma complesse come l’iniezione intracitoplasmatica dello spermatozoo (o ICSI, dall’inglese IntraCytoplasmatic Sperm Injection). Ecco quindi che l’automazione dei vari processi che la compongono rappresenterebbe una svolta in campo medico.

Detto fatto: un gruppo di ricerca della compagnia biotech americana Conceivable Life Sciences ha di recente annunciato la prima nascita gestita (quasi) completamente da un sistema ICSI automatizzato e operato da remoto — manco a dirlo, c’è lo zampino dell’Intelligenza Artificiale.

23 passi per una ICSI

Innanzitutto, la ICSI è una tecnica con la quale si inietta uno spermatozoo accuratamente selezionato direttamente all'interno di un ovocita, precisamente nella parte fluida all'interno della membrana cellulare (il citoplasma). In questo modo lo spermatozoo non ha bisogno di “faticare” per raggiungere l'ovocita — un bel problema in caso di infertilità maschile — e gli embrioni risultanti vengono inseriti direttamente nell'utero.

A dirla così sembra facile, ma in realtà la procedura richiede il completamento di ben 23 (!) passi distinti, con comprensibile possibilità di fallimento. Mentre i primi tentativi di automatizzare la ICSI risalgono al 2011, è solo nel 2023 che si riesce ad arrivare a circa il 50% di automazione. Il team guidato da Gerardo Mendizabal-Ruiz non è ovviamente soddisfatto e appena due anni dopo riesce a portare la percentuale quasi al 100%, richiedendo l'intervento umano sul posto solo per operazioni banali come il piazzamento iniziale degli strumenti e il prelievo dei risultati.

Dopo una prima fase preparatoria di ovocita e spermatozoi e il loro piazzamento nella classica piastra di Petri, si inizia a fare sul serio con l'aiuto di SiD, una IA in grado di selezionare lo spermatozoo con le migliori probabilità di successo e immobilizzarlo azionando un laser. A questo punto, una seconda IA sviluppata dal gruppo lo scansiona e ne determina la posizione precisa di testa e coda, così da facilitare il prelievo e il posizionamento all'interno del micro-ago usato per l'iniezione. Infine, una terza IA sempre creata dal team si occupa di determinare il punto di ingresso nell’ovocita, lo assottiglia col laser ed effettua l'iniezione dello spermatozoo.1

OK, direi che è finalmente arrivato il momento di mettere alla prova il tutto e far nascere questə bambinə!

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...o passa per fare quattro chiacchiere!

Nascita automatica

Dopo aver confermato su topi e criceti la fattibilità e sicurezza del sistema ICSI automatico e aver ottenuto le opportune autorizzazioni etiche, il gruppo applica la tecnica su una coppia di quarantenni per cui un precedente tentativo di procreazione assistita non aveva avuto successo; questa volta, però, gli ovociti — otto in totale — vengono donati da una ventenne.

Di questi, cinque sono assegnati in maniera casuale alla procedura eseguita da remoto, con una parte dei 23 passi completata autonomamente dal sistema e un'altra selezionando appositi comandi al computer. I risultati iniziali sono confortanti, con quattro ovociti correttamente inseminati, contro i tre su tre del gruppo di controllo manuale.

A questo punto entra in gioco l'ennesima IA, Erica, per selezionare l'embrione visivamente più promettente, che però dopo l'impianto in utero non conduce alla sperata gravidanza. Tutto da rifare, allora? Niente affatto: il team non si scoraggia e scongela l'embrione “secondo in classifica”, raggiungendo finalmente l'obbiettivo — dopo 38 settimane di tranquilla gestazione, congratulazioni per un bel e sano maschietto di 3 chili e 300!

Promesse e progressi

Questo vuol dire che d’ora in poi possiamo affidare la procreazione assistita alle macchine con Intelligenza Artificiale? Eh no, non è il caso di saltare a conclusioni affrettate.

Innanzitutto, ci sarà bisogno di studi con moltɜ più partecipanti, con le varie coppie assegnate casualmente alla procedura manuale o automatica; inoltre, anche in caso di risultati soddisfacenti, è prevedibile che il sistema della Conceivable Life Sciences avrà un costo più elevato, almeno per i primi tempi.

Cosa forse più importante, come onestamente ammesso nello studio in esame, sarà verificare se l'IA è in grado di adattarsi alla variabilità di condizioni quali le caratteristiche di spermatozoi e ovociti o la differenza di fabbricazione dei micro-strumenti.

Mendizabal-Ruiz e colleghɜ sono però fiduciosɜ che ci saranno progressi nella tecnica, che già allo stato attuale rappresenta comunque un importante passo avanti nel campo della procreazione assistita, la cui automazione potrebbe migliorarne accessibilità ed efficienza in maniera sostanziale.

Gli oggetti di Herbig-Haro (HH) sono sicuramente tra i più affascinanti del catalogo celeste: lunghi e stretti getti di materia espulsa da stelle in formazione, creano delle strutture allo stesso tempo bellissime e bizzarre nello spazio1. Ormai è da più di un secolo che sono noti alla comunità astronomica, eppure le loro caratteristiche non sono ancora perfettamente chiare.

Il problema principale è che l'ambiente in cui nascono le stelle è ricco di polveri e gas che, interagendo coi getti, li scaldano e li rendono quindi brillanti nell’infrarosso, una porzione dello spettro luminoso in cui i nostri telescopi finora non sono stati propriamente all'altezza.

Qualcunə ha detto JWST? Esatto, il potente osservatorio spaziale sta contribuendo enormemente a fare luce sugli oggetti di HH e stavolta tocca a quello dall'imponente soprannome di “Tornado Cosmico”, il cui mistero è stato finalmente risolto dopo quasi vent'anni.

Herbig-Haro 49/50 sconfigge Spitzer

HH 49/50 si trova a circa 500 anni luce di distanza dalla Terra, nella costellazione del Camaleonte, e fino all’anno scorso l’immagine migliore nell’infrarosso che avevamo dell'oggetto era quella ottenuta nel 2006 dal piccolo telescopio spaziale Spitzer.

Bei colori, ma un po’ sfocata, non trovate? Inoltre, alla fine del getto si può notare uno strano corpo celeste simile a una stella, circondato da quello che sembra essere gas: è qualcosa di associabile al getto stesso o si tratta di un qualche oggetto sullo sfondo cosmico?

Avanti veloce al 2025, quando finalmente è possibile dare un’occhiata più approfondita al Tornado, grazie a JWST e alla sua splendida immagine di copertina. Prima di rispondere alla domanda di cui sopra, manteniamo però ancora un poco la suspense e andiamo a scoprire cos’è che stiamo vedendo di preciso.

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...o passa per fare quattro chiacchiere!

Il getto di una protostella magnetica

Innanzitutto, diamo i doverosi meriti a Ced 110 IRS4, la stella in divenire responsabile per la magnificenza qui sotto. Purtroppo non la si può vedere nella foto di JWST, ma si trova da qualche parte in basso a destra del getto. Durante il processo di formazione, la protostella accumula materiale dalla nebulosa circostante, il che crea un disco con un campo magnetico incorporato che le ruota attorno.

In prossimità della giovane stella tale campo viene caricato come una molla, finché la pressione non diventa insopportabile: a quel punto gas e polvere in caduta verso l'astro vengono scagliati verso l’alto e il basso, lontano dal disco, e focalizzati in uno stretto fascio — il getto, appunto — a causa dell'influenza del campo magnetico stesso.

La forma simile a un cono si deve al passaggio del getto — a una velocità di circa 300.000 km/h (!) — attraverso la materia presente nel vicinato cosmico, in maniera simile alla scia formata da una nave che solca le acque. Le regioni più sottili, somiglianti a dita, sono probabilmente quelle dove il getto incontra materiale un po’ più denso o dove si generano turbolenze nel fascio.

Il tutto mostrato in glorioso arancio e rosso nell'immagine di JWST, usati per indicare rispettivamente freddo idrogeno molecolare e grani di polvere cosmica. Bene, è arrivato finalmente il momento di svelare il mistero dell'oggetto in alto a sinistra.

Galassie a spirale e raddoppio

Rullo di tamburi… è una galassia a spirale sullo sfondo! Il motivo è tanto semplice quanto credibile: JWST ci ha già regalato decine di immagini simili, come si può vedere qui sotto. In particolare, in questi filtri nell’infrarosso le stelle vecchie al centro della galassia appaiono blu, mentre le nebulose da cui si formano le stelle nei bracci di spirale sono rosse.

Ma a guardare bene, HH 49/50 cela anche un altro piccolo mistero: cos’è quella struttura che sembra fuoriuscire dal getto nella parte in alto a destra dell’immagine? Con tutta probabilità si tratta di un secondo getto, sopra o sotto quello principale!

Molti oggetti di Herbig-Haro presentano infatti fasi in cui un getto si interrompe e poco dopo ne parte un altro. Inoltre, Ced 110 IRS4 ha anche una compagna (cioè, è un sistema binario), la cui presenza potrebbe influenzare leggermente l’inclinazione del disco e, di conseguenza, del getto.

Per finire non resta che ringraziare il progresso tecnologico, ancora una volta impersonificato dall’incredibile JWST, che continua a regalarci conoscenza rivestita d’immagini mozzafiato.

I nanomateriali di carbonio sono delle strutture minuscole (un nanometro equivale a un milionesimo di millimetro) interamente composte da atomi di carbonio. Le loro dimensioni non devono trarci in inganno: sono meccanicamente più forti dell’acciaio (!), conducono elettricità1 e sono persino in grado di emettere luce fluorescente. Non è un mistero, quindi, il perché siano impiegati in numerose applicazioni, quali componenti aerospaziali, batterie ed elettronica avanzata.

C’è però un problema: la loro fabbricazione richiede una precisione estrema, il che ne limita la diffusione — le tecniche convenzionali fanno fatica a mettere insieme queste complesse nanomolecole atomo per atomo e la loro forma ben definita rende molto difficile modificarle senza intaccarne l’integrità.

Un ingegnoso gruppo di ricerca giapponese sembra però aver trovato una soluzione: farsi aiutare da un bruco.

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La dieta chimica di Spodoptera litura

Kenichiro Itami e colleghɜ presso il prestigioso ente di ricerca RIKEN, facendo valere la multidisciplinarietà dell’istituto e delle loro esperienze, si domandano se sia possibile mettere insieme due filoni di ricerca apparentemente scollegati: quello sulle molecole di nanomateriali di carbonio e quello su molecole che agiscono su esseri viventi.

Dal punto di vista biologico la cosa ha senso, soprattutto se si parla di insetti che mangiano le foglie: cavallette, bruchi e simili hanno infatti sviluppato nel corso dell’evoluzione dei sofisticati sistemi intestinali per riuscire a digerire tossine delle piante e pesticidi.

Tali processi metabolici sfruttano enzimi in grado di effettuare trasformazioni chimiche complesse e quindi è ragionevole chiedersi se le loro capacità possano essere usate anche per la modifica di nanomateriali di carbonio, così difficile da realizzare in laboratorio. Insomma, si potrebbero usare questi insetti come se fossero delle centrali chimiche viventi?

Per mettere alla prova l’ipotesi — che il gruppo chiama “in-insect synthesis” — viene scelto come soggetto di test il bruco della Spodoptera litura (comunemente nota come nottua del tabacco), un insetto nocivo per l’agricoltura i cui percorsi metabolici sono ben documentati.

Per i prossimi giorni, il nutrizionista prescrive per il nostro una dieta a base di carbonio.

La fluorescenza dell’ossilene

Più precisamente, il gruppo dà in pasto a S. litura un nanomateriale di carbonio molecolare dalla forma simile a quella di una cintura, detto [6]MCPP. Due giorni dopo esso viene, ahem, espulso dal bruco, ma con una particolarità: analisi rivelano che si tratta infatti di [6]MCPP-ossilene, ossia il materiale di cui sopra con l’aggiunta di un atomo di ossigeno. Ricordate quando nell’introduzione scrivevo delle caratteristiche peculiari dei nanomateriali di carbonio? Beh, il piccolo cambiamento a [6]MCPP l’ha reso fluorescente!

Ovviamente Itami e colleghɜ vogliono vederci chiaro e quindi passano a determinare la struttura di [6]MCPP-ossilene impiegando varie tecniche analitiche2. A questo punto, tramite esperimenti di biologia molecolare, si scopre che la trasformazione è merito di due enzimi, noti come CYP X2 e X3.

Il tutto viene confermato da successive analisi genetiche, mentre simulazioni al computer rivelano che questi enzimi sono in grado simultaneamente di legare due molecole di [6]MCPP-ossilene e di inserire direttamente un atomo di ossigeno in un legame carbonio-carbonio — un fenomeno raro e mai osservato prima d’ora.

E questo è solo l'inizio: con apposite modifiche genetiche ed evoluzione assistita, la in-insect synthesis potrebbe essere applicata alla produzione di molecole con caratteristiche ben diverse dalla fluorescenza — niente male per un insetto finora considerato un flagello per le attività umane.

In natura la collaborazione tra forme di vita diverse è piuttosto comune. Un esempio noto e documentato da ormai più di un secolo è quello della mirmecoria: alcune piante producono dei semi con un'appendice ricca di nutrienti, detta elaiosoma, che le formiche raccolgono e trasportano fino alla propria colonia. Lì l'elaiosoma viene dato in pasto alle larve, mentre il resto del seme viene scartato o depositato in “cumuli di rifiuti” sotterranei dove può germinare.

E così, quando il piccolo Hugo Deans giocando trova un mucchietto di “palline” vicino un nido di formiche, non ci dà grosso peso. Se non fosse che suo padre Andrew è un entomologo presso la Penn State e si rende subito conto che non si tratta affatto di semi e la scoperta potrebbe cambiare l'idea che ci siamo fatti dell'evoluzione mutualistica tra piante e insetti.

Vespe delle galle con cappello

A proposito di insetti, a questo punto è necessario presentare un altro protagonista: i cinipidi, comunemente noti come vespe delle galle. Il loro nome deriva dal fatto che essi provocano nelle piante la formazione di galle, ossia piccole escrescenze che avviluppano e proteggono le larve durante lo sviluppo.

Ora, è vero che tali escrescenze assomigliano ai semi trasportati dalle formiche, ma mancano di elaiosoma e quindi vengono generalmente ignorate. Vi sono però due specie di cinipidi, Kokkocynips rileyi e Kokkocynips decidua, che si distinguono per il lavoro che svolgono nei confronti delle querce: le galle da esse indotte, infatti, presentano un'appendice simile all'elaiosoma, che Deans e collegh3 chiamano kapéllo (il termine greco per “cappello”).

Le implicazioni sembrano incredibili: queste vespe sarebbero responsabili di una doppia manipolazione, prima nei confronti delle piante per la produzione di galle, poi verso le formiche per indurle a trasportare escrescenze e larve nelle loro tane. Ma come fanno a raggiungere tale scopo e per quale motivo? Per scoprirlo, non resta che passare agli esperimenti.

Scelte convergenti

Tanto per cominciare, essendo il gruppo residente negli Stati Uniti orientali, vengono scelte come soggetti di test formiche del genere Aphaenogaster, molto abbondanti nelle foreste decidue1 della zona e note per il loro ruolo nella dispersione dei semi. Su di esse vengono quindi effettuati tre tipi di esperimenti: in natura, con esche sul campo e in laboratorio.

• In natura il team conferma che le formiche trasportano le galle di quercia al formicaio, utilizzano il kapéllo e lasciano intatte le escrescenze;

• Nelle stazioni esca gli insetti si mostrano ugualmente interessati alle galle di quercia e ai semi dotati di elaiosoma di Sanguinaria canadensis, una pianta erbacea perenne comune in America del Nord;

• Anche in laboratorio le formiche sono attirate da entrambi gli oggetti — anzi, nel caso di interazione con le galle si focalizzano il 64% delle volte sul kapéllo, mentre per i semi si dedicano all’elaiosoma solo nel 42% dei casi!

A questo punto i test diventano più specifici e vengono date varie possibilità di scelta agli insetti: galle intere, galle senza kapéllo, kapélli senza galle e galle di un’altra specie prive di appendici commestibili. Come prevedibile, le formiche si mostrano interessate solo quando è presente il kapéllo, da solo o insieme alla galla.

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Forma legnosa, sostanza grassa

Insomma, queste appendici sembrano essersi evolute proprio per attirare le formiche, ma in che modo riescono a farlo? La risposta sembra riguardare sia la forma che la sostanza.

Osservazioni al microscopio mostrano che il confine tra galla e kapéllo diventa sempre più duro e legnoso, ossia ricco di lignina, a mano a mano che la galla matura: una separazione strutturale che ricorda quella tra seme ed elaiosoma.

Inoltre, una comparazione chimica tra kapélli ed elaiosomi di due specie di piante diverse rivela una forte somiglianza in quanto a contenuto di acidi grassi, in grado di attirare insetti spazzini come le formiche: gli insetti morti, infatti, tipicamente ne sono ricchi.

A questo punto, il vantaggio per le formiche risulta evidente, ma cosa ci guadagnano le vespe a indurre la formazione aggiuntiva di appendici “carnose” alle galle?

Dubbi residui e implicazioni importanti

Il team di ricerca avanza alcune ipotesi nello studio pubblicato: pur non avendo direttamente verificato che la “vacanza in colonia” protegga le larve da parassiti e patogeni, questo è ciò che avviene per semi e uova al riparo nei nidi delle formiche. Inoltre, anche nel caso in cui le galle vengano espulse, la breve permanenza nelle tane fornisce comunque una protezione temporanea contro i predatori.

Va anche considerato che, come onestamente ammesso da Deans e collegh3, non sono state osservate larve adulte emergere dai formicai — potrebbero però lasciarli quando le formiche li abbandonano o uscirne in sicurezza tramite mimetismo chimico2, somiglianza morfologica e/o ricompense zuccherine, come fanno tanti altri insetti parassiti.

Restano inoltre dei dubbi anche sulle tempistiche: le galle vengono infatti prodotte in autunno, quando le formiche rallentano la loro attività in preparazione dell’inverno imminente.

Insomma, saranno necessarie ulteriori ricerche, ma intanto le implicazioni della scoperta sono importanti: il trasporto di oggetti da parte delle formiche non è solo una strategia praticata dalle piante coi semi, ma viene sfruttata anche da altri insetti — anzi, potrebbe essere originaria proprio di questi ultimi: se è vero che la mirmecoria è conosciuta da oltre un secolo, le galle di quercia sono estremamente comuni e quindi la pratica potrebbe andare avanti da millenni.

Comunque sia, è affascinante vedere come un oggetto delle dimensioni di una pallina sul suolo di una foresta possa rappresentare il punto di congiunzione tra organismi così diversi come piante, vespe (con relative larve) e formiche3.

Immaginiamo questa situazione: abbiamo appena mangiato del cioccolato, ma faremmo volentieri il bis — certo, sappiamo che è meglio non esagerare, ma la barretta è proprio lì davanti e sembra così invitante… Alla fine, come prevedibile, cediamo alla tentazione.

Può sembrare un evento piuttosto banale, ma per metterlo in scena c’è bisogno della collaborazione tra cellule del cervello, delle mani e dello stomaco, che fa emergere qualcosa di più della somma delle parti: il senso di sé, che agisce per soddisfare i nostri bisogni e desideri.

E se invece questo senso di sé fosse già presente, almeno in parte, in quelle stesse cellule o a un livello ancora più fondamentale, come insiemi di biomolecole o addirittura semplici sistemi chimici? La risposta a tali domande, per quanto apparentemente assurde, non è affatto scontata e potrebbe portare non solo ad importanti avanzamenti in campo medico, ma persino alla comprensione dell’origine della vita.

Azione e cognizione

Tradizionalmente tendiamo ad associare capacità cognitive solo a esseri dotati di cervello, ma in anni recenti sempre più studi hanno cominciato a riconoscerle anche in forme di vita che ne sono prive, quali funghi mucillaginosi, piante e perfino organismi unicellulari, che hanno dimostrato abilità sorprendenti quali apprendimento, formazione di ricordi e cambio di decisione in presenza di nuove informazioni.

Anche all’interno del corpo umano vi sono dei sistemi che mostrano una certa indipendenza d’azione: il sistema immunitario, ad esempio, “compila” una propria memoria delle proteine utili nella lotta contro gli invasori, così come gruppi di cellule collaborano di propria iniziativa per crescere e riparare danni fisici.

Ma fino a dove ci si può spingere in questa ricerca? Il visionario biologo Michael Levin e colleghз presso la Tufts University (Massachusetts) non amano porsi limiti e così hanno iniziato a studiare un qualcosa che moltз considererebbero inanimato: le reti di regolazione genica (GRN, da Gene Regulatory Networks) — insiemi di geni, proteine, RNA e altre biomolecole presenti in ogni cellula, che hanno l’importante compito di determinare quando, dove e in che modo vengono espressi i geni.

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Il cane di Pavlov e le reti di regolazione genica

Alla fine del 1800 il fisiologo Ivan Pavlov compì un famoso esperimento coi cani: subito prima di dare loro del cibo, usava degli stimoli audio-visivi, tra cui un metronomo. A un certo punto, i cani imparavano ad associare il ticchettio del metronomo al cibo, il che induceva salivazione ancor prima che quest’ultimo arrivasse.

Oltre un secolo dopo, il gruppo di Levin si chiede se è possibile ottenere un risultato simile con dei GRN: basandosi su dati biologici reali, creano una serie di simulazioni al computer e le addestrano ad associare la presenza di un farmaco privo di effetti a un altro che invece ne ha. Sorprendentemente, dopo una serie di stimolazioni dei nodi della rete, tutti i 29 GRN testati mostrano dei cambiamenti associabili al farmaco efficace, senza che questo venga somministrato!

Pensate alla possibile svolta in campo medico, se tali risultati in futuro fossero confermati anche con reti reali: manipolando la loro “memoria”, sarebbe possibile fare in modo, ad esempio, che l’organismo non sviluppi assuefazione alla morfina, evitando così di doverne aumentare il dosaggio; oppure si potrebbero ottenere gli effetti positivi di farmaci potenti, come quelli per la chemioterapia, senza i pesanti effetti collaterali.

Autocatalisi evolutiva

Per quanto sembri incredibile che una rete di regolazione genica possa imparare e agire di propria iniziativa come un tutt’uno, le sorprese potrebbero non finire qui: risultati del genere, infatti, ricordano da vicino caratteristiche tipiche della vita e della sua evoluzione, dalle semplici cellule procarioti che si unirono a formare le più complesse eucarioti e queste ultime che si combinarono a loro volta per formare organismi multicellulari.

In aggiunta, c’è la questione dell’autocatalisi. Alcune reazioni chimiche iniziano lentamente per mancanza di un elemento catalizzatore, che però viene prodotto nell’ambito della reazione stessa e ne determina un’accelerazione, finché le sostanze reagenti non iniziano a scarseggiare. In un modo simile avviene, ad esempio, l’auto-replicazione dell’RNA, il che rende l’autocatalisi uno dei possibili meccanismi per l’origine della vita sulla Terra.

Ora, qualche anno fa Stuart Bartlett, uno scienziato esperto in complessità di stanza al California Institute of Technology, e David Louapre della Ubisoft Entertainment1 hanno fatto una scoperta sorprendente: nelle loro simulazioni, persino in una semplice reazione autocatalitica i reagenti mostrano una sorta di apprendimento primitivo, cambiando il tasso di reazione in base a schemi pregressi riguardo la concentrazione del “carburante” disponibile!

A onor del vero, quelle di Levin, Bartlett e Louapre sono conclusioni controverse, ma se confermate in futuro potrebbero radicalmente cambiare il nostro modo di percepire la capacità d’azione intenzionale e la cognizione: non più esclusive di forme di vita molto complesse come gli esseri umani, ma piuttosto uno spettro graduale che parte da semplici sistemi inanimati.