lunedì 14 maggio 2018

La recidiva di Poincarè dimostrata anche nella fisica quantistica


È uno dei risultati più sorprendenti della fisica: quando un sistema complesso viene lasciato da solo, tornerà al suo stato iniziale con una precisione quasi perfetta. Le particelle di gas, ad esempio, che si muovono caoticamente in un contenitore, ritorneranno quasi esattamente alle loro posizioni iniziali dopo un po' di tempo. Questo "Teorema della ricorrenza di Poincaré" è il fondamento della teoria del caos moderno. Per decenni, gli scienziati hanno studiato come questo teorema possa essere applicato al mondo della fisica quantistica. Ora, alla TU Wien (Vienna) è stata dimostrata con successo una sorta di "recidiva di Poincaré" in un sistema quantico a più particelle. 
Vecchia domanda, rivisitata
Alla fine del XIX secolo, lo scienziato francese Henri Poincaré ha studiato sistemi che non possono essere completamente analizzati con precisione perfetta - per esempio sistemi solari composti da molti pianeti e asteroidi, o particelle di gas, che continuano a urtarsi l'uno con l'altro. Il suo risultato sorprendente: ogni stato che è fisicamente possibile sarà occupato dal sistema ad un certo punto - almeno fino ad un buon grado di approssimazione. Se aspettiamo abbastanza a lungo, ad un certo punto tutti i pianeti formeranno una linea retta, solo per coincidenza. Le particelle di gas in una scatola creeranno schemi interessanti o torneranno allo stato in cui si trovavano al momento dell'esperimento.
Un simile teorema può essere dimostrato per i sistemi quantistici. Lì, tuttavia, si applicano regole completamente diverse: "In fisica quantistica dobbiamo trovare, -afferma Jörg Schmiedmayer dell'Istituto di fisica atomica e subatomica_TU Wien- un modo completamente nuovo di affrontare questo problema. Per ragioni molto fondamentali, lo stato di un grande sistema quantico, costituito da molte particelle, non può mai essere perfettamente misurato. A parte questo, le particelle non possono essere viste come oggetti indipendenti, dobbiamo tener conto che sono quantisticamente impigliati meccanicamente ".
Inefficienti i tentativi di dimostrare l'effetto della "ricorrenza di Poincaré" nei sistemi quantistici, ma finora questo è stato possibile solo con un numero molto piccolo di particelle, il cui stato è stato misurato nel modo più preciso possibile. E’ estremamente complicato e il tempo impiegato dal sistema per tornare al suo stato originale aumenta notevolmente con il numero di particelle. Jörg Schmiedmayers della TU Wien, tuttavia, ha scelto un approccio diverso: "Non siamo così interessati al completo stato interiore del sistema, che non può essere comunque misurato,- ha affermato Bernhard Rauer- quando invece vogliamo chiederci: quali quantità possiamo osservare, che ci dicono qualcosa di interessante sul sistema nel suo insieme? E se ci sono momenti in cui queste quantità collettive ritornano al loro valore iniziale?"
E’ stato studiato il comportamento di un gas ultrafreddo, costituito da migliaia di atomi, tenuto in posizione da campi elettromagnetici su un chip
Chip atomico per gas ultrafreddo
. "Esistono diverse quantità ,- dice Sebastian Erne, responsabile per i calcoli teorici necessari per il progetto- che descrivono le caratteristiche di un tale gas quantistico - ad esempio lunghezze di coerenza nel gas e funzioni di correlazione tra diversi punti nello spazio - Questi parametri ci dicono, quanto strettamente le particelle sono collegate da effetti quantici meccanici". "La nostra intuizione quotidiana non è usata per trattare queste quantità, ma per un sistema quantistico, diventa cruciale."
Scoperta della ricorrenza - in quantità collettive
Misurando tali quantità, che non si riferiscono a singole particelle, ma caratterizzano il sistema nel suo insieme, è stato effettivamente possibile osservare la recidiva quantistica tanto ricercata. E non solo: "Con il nostro chip atomico, -afferma Jörg Schmiedmayer- possiamo persino influenzare il tempo necessario al sistema per tornare a uno stato particolare. Misurando questo tipo di recidiva, impariamo molto sulla dinamica collettiva degli atomi, ad esempio sulla velocità del suono nel gas o sui fenomeni di dispersione delle onde di densità".
La vecchia domanda, se i sistemi quantistici mostrano le recidive, può finalmente essere risolta: sì, lo fanno - ma il concetto di ricorrenza deve essere leggermente ridefinito. Invece di cercare di mappare lo stato quantico interno completo di un sistema, che non può essere misurato comunque, ha più senso concentrarsi su quantità che possono essere misurate in esperimenti quantistici. Queste quantità possono essere osservate per allontanarsi dal loro valore iniziale - e per ritornare al loro stato iniziale alla fine.


Rappresentazioni classiche al Teatro Greco di Siracusa 2018 (Eracle-Edipo a Colono)





Guida batterica per costruire un microbioma


Una guida batterica per la costruzione di un microbioma
A differenza dei patogeni invasori, attaccati dal sistema immunitario, alcuni batteri buoni nell'intestino invitano una risposta immunitaria per stabilire una colonizzazione robusta dell'intestino
L'intestino dei mammiferi è caldo, umido e incredibilmente ricco di sostanze nutritive - un ambiente perfetto per la crescita batterica. Le comunità di "batteri buoni" nell'intestino, comunemente definiti microbiomi, sono partner vitali per il corpo, aiutano a digerire le fibre, a estrarre sostanze nutritive e a prevenire varie malattie. Conosciamo tutti le risposte immunitarie e le malattie che derivano da batteri cattivi, o patogeni, che entrano nel corpo - quindi, se il sistema immunitario si è evoluto per respingere i microbi, come fanno i mammiferi a mantenere relazioni armoniose con i batteri benefici nell'intestino? Una nuova ricerca illustra come una particolare specie di batteri benefici imbrigli effettivamente la risposta immunitaria del corpo per potersi stabilire comodamente nell'intestino.
Gregory Donaldson, ha guidato i ricercatori del laboratorio di Mazmanian a esaminare un microbo chiamato Bacterioides fragilis .
La particolare specie si trova abbondantemente nell'intestino crasso di molti mammiferi, compreso l'uomo, ed è stata precedentemente dimostrata dal laboratorio di Mazman, capace di proteggere i topi da alcuni disturbi infiammatori e neurologici come la malattia infiammatoria intestinale e la sclerosi multipla. Interessante notare che, sebbene ci siano più ceppi di B. fragilis , le persone sane formano una relazione monogama a lungo termine con un solo ceppo.
" Altri studi hanno dimostrato che la maggior parte delle persone,- afferma Donaldson -  porta lo stesso ceppo di B. fragilis per tutta la vita e si voleva capire a livello molecolare come questi batteri siano in grado di colonizzare l'intestino in modo stabile e, a lungo termine."
In primo luogo, si è esaminata la relazione simbiotica di B. fragilis con l'intestino osservando fisicamente i luoghi in cui si trovano i batteri. Utilizzando l'imaging al microscopio elettronico su campioni di intestini di topo,
Bacterioides fragilis a sx che colonizza il colon di un topo
si è visto che B. fragilis si aggrega in aggregati in profondità all'interno dello spesso strato di muco che riveste l'intestino, vicino alle cellule epiteliali che rivestono la superficie dell'intestino. Donaldson e i suoi collaboratori hanno teorizzato che questa nicchia spaziale è necessaria affinché una singola specie si insedi e stabilisca un punto d'appoggio stabile.
Poi si è puntato a determinare quali meccanismi permettessero a B. fragilis di colonizzare una tale nicchia nell'intestino. Si è scoperto che ogni batterio  B. fragilis è racchiuso in una capsula densa fatta di carboidrati. La capsula è tipicamente associata a patogeni (batteri cattivi) che tentano di nascondersi dal riconoscimento e dall'attacco del sistema immunitario del corpo. I batteri mutanti privi di questa capsula non possono aggregarsi e non abitano nello strato mucoso. Quindi, si è teorizzato che i carboidrati capsulari sono necessari ai ceppi di B. fragilis per monopolizzare la loro nicchia nell'intestino.
Poiché le capsule batteriche erano note per essere correlate a una risposta immunitaria in batteri patogeni, Donaldson e Mazmanian ipotizzarono che potesse esserci  una risposta immunitaria alla capsula di B. fragilis . Infatti, si è scoperto che vi sono anticorpi, proteine ​​immunitarie che afferrano e contrassegnano specifici batteri o virus per altre cellule immunitarie capaci di inghiottire e distruggere, ed erano vincolanti per la capsula B. fragilis nell'intestino. Un particolare tipo di anticorpo, immunoglobulina A o IgA, si trova in tutto l'intestino - in realtà, è il tipo di anticorpo più abbondantemente prodotto negli esseri umani - ma le sue funzioni specifiche sono ancora enigmatiche.

Normalmente, una risposta anticorpale significa morte imminente per batteri patogeni. Curiosamente, l'IgA non influisce negativamente sulla maggior parte dei batteri che normalmente vivono nell'intestino. Nel caso di B. fragilis , si è scoperto che in realtà aiuta questi batteri a rimanere attaccati alle cellule epiteliali. Si ritiene che questa risposta di IgA alla capsula di B. fragilis aiuti ad ancorare i batteri alla superficie epiteliale, fornendo così un vantaggio. "È sorprendente scoprire, -afferma Donaldson- che una risposta immunitaria aiuta effettivamente i batteri benefici a prosperare, il che a sua volta aiuta l'ospite a prosperare. Lo studio dell'immunologia è stato sviluppato principalmente nel contesto di batteri patogeni, ma ci sono migliaia di miliardi di batteri nell'intestino, e il più delle volte nessuno di loro ti sta facendo star male. La ricerca mostra che esiste un riconoscimento immunitario attivo di questi batteri ma li aiuta piuttosto che ostacolarli, il che suggerisce che il sistema immunitario è più di un semplice sistema di difesa e che gli anticorpi non sono solo delle armi."                                                                                                                       In futuro, si ha in programma di studiare come nasce la risposta anticorpale dell'intestino e perché aiuta B. fragilis mentre altri anticorpi danneggiano i batteri. In definitiva, si  potrebbero utilizzare queste scoperte per migliorare la colonizzazione da altri batteri benefici, attraverso l'uso di probiotici.
"Negli ultimi dieci anni, molti studi, -afferma Mazmanian- hanno profilato il microbioma intestinale in una varietà di malattie, stili di vita, geografie e successiva nascita . Si è appreso che la composizione della comunità del microbioma è correlata a condizioni particolari - per esempio, le configurazioni alterate del microbioma possono contribuire alla malattia infiammatoria intestinale, all'autismo e alla malattia di Parkinson. E’ rimasto in gran parte sconosciuto , come viene stabilito e mantenuto un microbioma. In primo luogo, questa ricerca rivela un meccanismo molecolare mediante il quale specifici batteri benefici promuovono attivamente la colonizzazione intestinale a lungo termine coinvolgendo e cooptando il sistema immunitario, piuttosto che tentare di eluderlo come fanno gli agenti patogeni, correggendo alla fine gli squilibri dei microbiomi.


lunedì 30 aprile 2018

Robot per curare sindrome dell'intestino corto


I ricercatori del Boston Children's Hospital
hanno progettato un robot medico impiantato e programmabile che può allungare gradualmente gli organi tubolari applicando le forze di trazione - stimolando la crescita dei tessuti negli organi rachitici, senza interferire con la funzione degli organi o causando apparente disagio.
Il sistema robotico, induce la proliferazione cellulare nella parte allungata dell'esofago in un grande animale di circa il 75%, mentre l'animale rimane sveglio e mobile.                                            "Questo progetto dimostra che i robot in miniatura,- dice Russell Jennings, direttore chirurgico del centro per il trattamento delle vie aeree e esofagee del Boston Children's Hospital e investigatore dello studio - possono indurre la crescita di organi all'interno di un essere vivente, riparando o sostituendo, evitando la sedazione e la paralisi attualmente necessarie. Ad esempio, per i casi più difficili di atresia esofagea, raro difetto alla nascita in cui parte dell'esofago è mancante. I potenziali usi di tali robot vanno ancora esplorati a fondo, ma saranno sicuramente applicati a molti organi in futuro."
Il dispositivo robotizzato motorizzato 
è collegato solo all'esofago, quindi consentirebbe al paziente di muoversi liberamente. Coperto da una "pelle" liscia, biocompatibile e impermeabile, include due anelli di fissaggio, posti intorno all'esofago e cuciti con punti di sutura. Un'unità di controllo
, programmabile al di fuori del corpo, applica forze di trazione regolabili agli anelli, tirando lentamente e costantemente il tessuto nella direzione desiderata.
Il dispositivo è stato testato negli esofagi dei maiali (cinque hanno ricevuto l'impianto e tre sono serviti da controllo). La distanza tra i due anelli (tirando l'esofago in direzioni opposte) è stata aumentata da piccoli incrementi di 2,5 millimetri ogni giorno per 8-9 giorni. Gli animali erano in grado di mangiare normalmente anche col dispositivo che applicava trazione all’esofago e non mostravano alcun segno di disagio.
Nel decimo giorno, il segmento dell'esofago era aumentato in lunghezza del 77% in media. L'esame del tessuto mostrava una proliferazione delle cellule che compongono l'esofago e l'organo mantiene il suo diametro normale.
"Non abbiamo semplicemente allungato l'esofago - dice Pierre Dupont, ricercatore dello studio e capo della Bioingegneria cardiaca pediatrica al Boston Children's- ma è stato allungato attraverso la crescita cellulare".
Il team di ricerca ora inizia testare il sistema robotico in un grande modello animale, afflitto dalla sindrome dell'intestino corto. Mentre l'atresia esofagea a lunga distanza è piuttosto rara, la prevalenza della sindrome dell'intestino corto è molto più alta. L'intestino corto può essere causato da enterocolite necrotizzante nel neonato, morbo di Crohn negli adulti o grave infezione o cancro che richiede la rimozione di un ampio segmento d’intestino.
"La sindrome dell'intestino corto è una malattia devastante, - afferma il gastroenterologo Peter Ngo - che richiede ai pazienti una nutrizione per via endovenosa. Questa, a sua volta, può portare a insufficienza epatica, a volte richiedendo un trapianto di fegato o multiviscerale (fegato-intestino), per esiti devastanti e costosi".
Il team spera di ottenere supporto per continuare i test del dispositivo in modelli animali di grandi dimensioni e alla fine condurre prove cliniche. Verranno anche testate altre funzionalità.
"Nessuno conosce -spiega Dupont - la migliore quantità di forza da applicare a un organo per indurre la crescita. Non sappiamo nemmeno quali forze stiamo applicando clinicamente, è tutto basato sull'esperienza del chirurgo: un dispositivo robotico può individuare le forze migliori da applicare e quindi applicare precisamente quelle forze".


lunedì 12 marzo 2018

Possibile nuovo utilizzo dell'equazione di Schrödinger


La meccanica quantistica è il ramo della fisica che governa il comportamento a volte strano delle minuscole particelle che compongono il nostro universo. Le equazioni che descrivono il mondo quantistico sono generalmente confinate al regno subatomico - la matematica rilevante a scale molto piccole non è rilevante a scale più grandi, e viceversa. Una nuova scoperta sorprendente da un ricercatore del Caltech suggerisce che l'equazione di Schrödinger - equazione fondamentale della meccanica quantistica - è straordinariamente utile nel descrivere l'evoluzione a lungo termine di certe strutture astronomiche.
Il lavoro, è stato svolto da Konstantin Batygin,
assistente professore di scienze planetarie Caltech e Van Nuys Page Scholar.
I massicci oggetti astronomici sono spesso circondati da gruppi di oggetti più piccoli che ruotano intorno a loro, come i pianeti intorno al sole. Ad esempio, i buchi neri supermassicci sono orbitati da sciami di stelle, che sono essi stessi orbitati da enormi quantità di roccia, ghiaccio e altri detriti spaziali.
Disco di accrescimento,quasar,buco nero
 A causa delle forze gravitazionali, questi enormi volumi di materiale si trasformano in dischi piatti e rotondi. Questi dischi, costituiti da innumerevoli particelle individuali orbitanti in massa, possono variare dalle dimensioni del sistema solare a molti anni luce di diametro.
I dischi astrofisici di materiale in genere non mantengono semplici forme circolari durante tutta la loro vita. Nel corso di milioni di anni, questi dischi si sono evoluti lentamente per esibire distorsioni su larga scala, piegandosi e deformandosi come increspature su uno stagno. Questi orditi emergono e si propagano ed hanno a lungo sconcertato gli astronomi, e neppure le simulazioni al computer hanno offerto una risposta definitiva, per un processo complesso e proibitivo da riuscire a modellare direttamente.
Mentre insegnava un corso di Caltech sulla fisica planetaria, Batygin (il fisico teorico che sta dietro l'esistenza proposta del Nono pianeta) ha svolto uno schema di approssimazione chiamato teoria delle perturbazioni per formulare una semplice rappresentazione matematica dell'evoluzione del disco. Questa approssimazione, si basa su equazioni sviluppate dai matematici del XVIII secolo da Joseph-Louis Lagrange e Pierre-Simon Laplace. Nell'ambito di queste equazioni, le singole particelle e ciottoli su ciascuna particolare traiettoria orbitale sono macchiate matematicamente insieme. In questo modo, un disco può essere modellato come una serie di fili concentrici che si scambiano lentamente il momento angolare orbitale tra loro.
Con un'analogia, nel nostro sistema solare possiamo immaginare di spezzare ogni pianeta e spargere quei pezzi attorno all'orbita che il pianeta prende attorno al Sole, in modo che il Sole sia circondato da una collezione di anelli massicci che interagiscono gravitazionalmente. Le vibrazioni di questi anelli rispecchiano l'effettiva evoluzione orbitale planetaria che si svolge in milioni di anni, rendendo l'approssimazione abbastanza accurata.
L'utilizzo di questa approssimazione per modellare l'evoluzione del disco, ha avuto risultati inaspettati.
"Quando lo facciamo con tutto il materiale in un disco, - afferma Batygin - possiamo diventare sempre più meticolosi, rappresentando il disco come un numero sempre maggiore di cavi sempre più sottili. Alla fine, è possibile approssimare il numero di fili nel disco per essere infinito, il che consente di sfumare matematicamente insieme in un continuum. Quando l'ho fatto, sorprendentemente, l'equazione di Schrödinger è emersa nei miei calcoli. "
L'equazione di Schrödinger è il fondamento della meccanica quantistica: descrive il comportamento non intuitivo dei sistemi a scala atomica e subatomica. Uno di questi comportamenti non intuitivi è che le particelle subatomiche in realtà si comportano più come onde che come particelle discrete, un fenomeno chiamato dualità onda-particella. Il lavoro di Batygin suggerisce che gli orditi su larga scala nei dischi astrofisici si comportano in modo simile alle particelle, e la propagazione degli orditi all'interno del materiale del disco può essere descritta dalla stessa matematica usata per descrivere il comportamento di una singola particella quantistica se rimbalza avanti e indietro tra i bordi interno ed esterno del disco.
L'equazione di Schrödinger è ben studiata e la scoperta che una tale equazione per eccellenza è in grado di descrivere l'evoluzione a lungo termine dei dischi astrofisici dovrebbe essere utile per gli scienziati che modellano tali fenomeni su larga scala. Inoltre, aggiunge Batygin, è intrigante che due branche della fisica apparentemente non correlate - quelle che rappresentano la più grande e la più piccola scala in natura - possano essere governate da una matematica simile.
"Questa scoperta è sorprendente perché l'equazione di Schrödinger , -afferma Batygin -, è una formula improbabile che sorge quando si osservano distanze dell'ordine di anni luce. Le equazioni che sono rilevanti per la fisica subatomica non sono generalmente rilevanti per i massicci fenomeni astronomici. Pertanto, sono stato affascinato dal trovare una situazione in cui un'equazione che viene tipicamente usata solo per sistemi molto piccoli funziona anche nella descrizione di sistemi molto grandi ".
"Fondamentalmente, l'equazione di Schrödinger , -  ha ancora affermato Batygin - governa l'evoluzione delle perturbazioni ondulatorie. In un certo senso, le onde che rappresentano gli orditi e le asperità dei dischi astrofisici non sono troppo diverse dalle onde su una corda vibrante, che non sono molto diverse dal movimento di una particella quantistica in una scatola. In retrospettiva, sembra una connessione ovvia, ma è emozionante iniziare a scoprire la spina dorsale matematica dietro questa reciprocità. "


giovedì 8 marzo 2018

Probiotici aiutano nell'intestino irritabile e nella depressione


Alla McMaster University trovati probiotici che aiutano nei sintomi della depressione, e aiutano nei disturbi gastrointestinali.
Batteri intestinali in situ
Un recente studio, all’ Health Research Institute Farncombe famiglia Digestive ha fatto scoprire che  molti adulti con sindrome dell'intestino irritabile (IBS) riportano miglioramenti dalla co-esistente depressione prendendo uno specifico probiotico rispetto agli adulti con IBS che  prendono solo un placebo. E’ un ulteriore prova , -ha detto Premysl Bercik, professore di medicina presso la McMaster e gastroenterologo per Hamilton Health Sciences - su come il microbiota negli intestini è  in comunicazione diretta con il cervello." Viene dimostrato , -ha detto inoltre- che il consumo di un probiotico specifico è in grado di migliorare i sintomi intestinali e problemi psicologici in IBS. Insomma nuove strade non solo per il trattamento di pazienti con disturbi intestinali funzionali, ma anche per i pazienti con malattie psichiatriche primarie". IBS è il disturbo gastrointestinale più comune nel mondo, molto diffuso in Canada: colpisce l'intestino crasso e i pazienti soffrono di dolore addominale e di alterate abitudini intestinali, come diarrea e costipazione. Inoltre sono spesso colpiti da ansia cronica o da depressione. Lo studio ha coinvolto 44 adulti con IBS e da lieve a moderata ansia o depressione. Seguiti per 10 settimane e, la metà ha preso una dose giornaliera di probiotico Bifidobacterium longum NCC3001, mentre gli altri assumevano solo un placebo. A sei settimane, 14 dei 22, o 64%, dei pazienti che hanno assunto il probiotico facevano registrare una diminuizione nei punteggi che testano lo stato di depressione, rispetto a 7 dei 22 (o 32%) dei pazienti trattati con placebo.“ Una risonanza magnetica funzionale (fMRI) ha mostrato che il miglioramento nei punteggi di depressione, associati a cambiamenti in molteplici aree cerebrali coinvolte nel controllo dell'umore. Per identificare il probiotico, si è provato in modelli preclinici -ha detto Bercik - e indagando sui percorsi attraverso i quali i segnali provenienti dall'intestino raggiungono il cervello".                                                            "I risultati di questo studio ,- ha detto Maria Pinto Sanchez, ricercatrice  McMaster -.sono molto promettenti ma devono essere confermati in un futuro, con una prova su più larga scala". Il probiotico è un batterio
che è in grado di svolgere un effetto benefico e favorevole sulla salute. In particolare i probiotici svolgono una salutare azione benefica sulla flora batterica intestinale – oggi denominata microbiota – essendo in grado di ripristinarne i delicati equilibri. Per essere efficaci, però, questi batteri devono essere assunti vivi e in questa forma devono raggiungere l’intestino.
Il microbiota è diverso da individuo a individuo, già dalla nascita: il parto naturale permette di acquisire parte dei batteri dalla madre, mentre chi nasce mediante il parto cesareo svilupperà una flora batterica differente. Il latte materno trasmette i batteri che colonizzano l’intestino, ma anche i composti che, arrivando nell’intestino del bambino, facilitano la crescita dei batteri a effetto più favorevole.
Un intestino sano è popolato da un grande numero di ceppi batterici differenti: una ricca flora intestinale salvaguardia da molti disturbi. In molte situazioni di malattia, invece, un ceppo batterico finisce per “dominare” sugli altri, e il numero di ceppi si riduce più o meno grandemente.

Spesso si  fa confusione tra due termini molti simili ma che funzionano in modo diverso. l probiotici sono integratori composti da batteri vivi fisiologici che non danneggiano la salute e apportano benefici. prebiotici invece non sono microrganismi vivi, rappresentano però il nutrimento per i probiotici. Ne sono un esempio i cibi ricchi di fibre. I batteri, infatti, nutrendosi delle fibre, crescono, si riproducono e colonizzano l’intestino. Questi sono importanti per:
  • Stimolare il metabolismo
  • Aumentare l’assorbimento dei sali minerali
  • Aiutare il sistema immunitario
  • Usufruire delle vitamine


venerdì 2 marzo 2018

Grandi lastroni di ghiaccio antartico si staccheranno da Pine Island e da Thwaites


Migliaia di profonde incisioni sul sottosuolo antartico, causati dagli iceberg che si sono liberati dai ghiacciai più di dieci mila anni fa, mostrano come parte del foglio di ghiaccio antartico si sia ritirato rapidamente alla fine dell'ultima era glaciale equilibrandosi precariamente sul terreno inclinato e divenne instabile.
Oggi, siccome il clima globale continua a riscaldarsi, il ritiro rapido e sostenuto potrebbe essere prossimo ad accadere nuovamente e potrebbe innescare un ritiro ininterrotto di ghiaccio nell'interno del continente, che potrebbe causare un aumento del livello del mare ancora più veloce di quello sinora ipotizzato.
Ghiacciaio di Thwaites
Schema evolutivo del ghiacciiao di Pine Island
I ricercatori dell'Università di Cambridge, la British Antarctic Survey e l'Università di Stoccolma hanno fotografato il fondale marino di Pine Island Bay, in West Antartica. Hanno scoperto che, quando i mari si riscaldavano alla fine dell'ultima era glaciale, il ghiacciaio di Pine Island si ritirò in un punto - il punto in cui entra nell'oceano e comincia a galleggiare - appollaiandosi precariamente alla fine di un pendio. La rottura di uno scaffale di ghiaccio galleggiante sul fronte del ghiacciaio ha lasciato al suo bordo scogliere di ghiaccio molto alte. L'altezza di queste scogliere li rendeva instabili, innescando il rilascio di migliaia d’iceberg nella baia di Pine Island e causando il ritiro del ghiacciaio rapidamente fino alla sua linea di messa a terra. Il ghiaccio dell'isola di Pine Island

oggi si trova a circa 50-60 metri sopra l'acqua, (le scogliere di ghiaccio alla fine dell'ultima era glaciale sarebbero state approssimativamente 100 metri sopra l'acqua). Oggi, le acque di riscaldamento causate dal flusso climatico fluiscono sotto i ripiani di ghiaccio galleggianti in Pine Island Bay, e il foglio di ghiaccio antartico è ancora una volta a rischio di perdere massa, dai ghiacciai che si ritirano rapidamente. Significativamente, se il ritiro del ghiaccio è stato innescato, non ci sono punti relativamente poco profondi nel letto ghiacciato, visionato lungo il corso di Pine Island e i ghiacciai Thwaites per evitare possibili rifugi di ghiaccio nell'interno del West Antartica. "Oggi i ghiacciai del Pine Island e Thwaites si trovano in una posizione molto precaria, e si può già verificare un ritiro importante, causato principalmente da acque calde che si fondono sotto le mensole di ghiaccio che escono da ogni ghiacciaio in mare. Se vengono rimosse queste mensole di ghiaccio, gli spessori di ghiaccio instabili causerebbero che il foglio di ghiaccio antartico occidentale di terra si  potrebbe ritirare di nuovo in futuro”. Poiché non esistono potenziali punti di restabilizzazione ormai all’origine per impedire che ogni ritiro si estenda profondamente nell'entroterra antartico occidentale, ciò potrebbe causare un aumento del livello del mare più veloce, rispetto a quanto previsto prima. "Il ghiacciaio Pine Island e quello vicino a Thwaites sono responsabili di quasi un terzo della perdita totale del ghiaccio dal foglio Ice Antartico, e questo contributo è notevolmente aumentato negli ultimi 25 anni. Oltre alla fusione basale, i due ghiacciai perdono anche ghiaccio rompendo o congiungendo gli iceberg in Pine Island Bay. Oggi, gli iceberg che si spezzano dai ghiacciai di Pine Island e Thwaites sono perlopiù grossi blocchi a tavola, e "questi grandi iceberg stanno macinando lungo il fondo del mare. Al contrario, durante l'ultima era glaciale, centinaia di iceberg comparativamente più piccoli si liberarono dal foglio di ghiaccio antartico e si spostarono in Pine Island Bay. Questi piccoli iceberg con una struttura a forma di v, come la chiglia di una nave, hanno lasciato lunghe e profonde singole cicatrici al piano del mare. Tecniche di imaging ad alta risoluzione, utilizzate per indagare la forma e la distribuzione di cicatrici sul fondo del mare in Pine Island Bay, hanno permesso di determinare la dimensione relativa e la direzione della deriva degli iceberg nel passato. Questa analisi ha dimostrato che questi piccoli iceberg sono stati rilasciati a causa di un processo chiamato instabilità del ghiacciaio marino (MICI). Più di 12.000 anni fa, i ghiacciai di Pine Island e Thwaites erano basati su un grosso cuneo di sedimento e furono sostenuti da un ripiano di ghiaccio galleggiante, rendendoli relativamente stabili, anche se si trovavano sotto il livello del mare. Sono state utilizzate tecniche di imaging ad alta risoluzione per determinare la dimensione e la direzione degli iceberg che si sono rotti dal ghiacciaio di Pine Island tra 11.000 e 12.000 anni fa.  In ogni caso, il ripiano di ghiaccio galleggiante davanti ai ghiacciai "si è rotto", e ciò ha determinato il loro ritirarsi su terreni inclinati verso il basso dalle linee di terra fino all'interno del foglio di ghiaccio. Questa scogliera alta sul ghiaccio esposto con un'altezza instabile, ha portato a un rapido ritiro dei ghiacciai dall'instabilità di scogliera composta da ghiaccio marino tra 12.000 e 11.000 anni fa. Ciò è avvenuto in condizioni climatiche relativamente simili a quelle di oggi. Robert Larter, della British Antarctic Survey, afferma: "Il crollo dei ghiacciai è stato discusso come un processo teorico che potrebbe provocare il ritiro del ghiaccio antartico occidentale che potrebbe accelerare in futuro. Le nostre osservazioni confermano che questo processo è reale e che si è verificato circa 12.000 anni fa, con conseguente rapido ritiro del foglio di ghiaccio nella Pine Island Bay. Oggi i due ghiacciai stanno sempre più vicini al punto in cui possono diventare instabili e, ancora una volta provocare  un rapido ritiro di ghiaccio.





lunedì 26 febbraio 2018

Alla ricerca della biodiversità in Antartide

Panagrolaimus sp (nematode antartico)

L'Antartide è un laboratorio naturale per studiare il piccolo numero di specie vegetali e animali che vivono in comunità. La vita microbica gioca un ruolo vitale negli ecosistemi antartici. Metodi genetici all'avanguardia per lo studio del DNA di questi microbi possono portare a scoperte che aiuterebbero nella produzione di nuovi antibiotici e altri composti. In Antartide si trovano alcune delle creature più sorprendenti del pianeta. È anche un potente laboratorio naturale per studiare la biodiversità, l'evoluzione e gli impatti del cambiamento climatico. Scoraggiati dal resto del pianeta, l'isolamento dell'Antartide e il suo clima freddo hanno permesso l’evoluzione di alcune specie uniche. Coperto di ghiaccio e neve, l'Antartide è il continente più cupo, più freddo ma al contempo il più vivo della Terra. Poco della sua superficie può sostenere la vita, in modo che le comunità di piante e animali che sopravvivono sono solo un piccolo numero di specie che vivono in rapporti semplici. Per la semplicità di queste comunità, l'Antartide è un luogo eccezionalmente utile per scoprire come funzionano gli ecosistemi. Alcune delle creature in queste comunità sono particolarmente interessanti. Conosciuti come nematodi, i loro antenati sopravvivevano in piccole aree di terra rimaste scoperte durante le ultime ere glaciali, più di un milione di anni fa. Studiando i nematodi, gli scienziati del British Antarctic Survey (BAS) possono aumentare la comprensione dell'evoluzione e aiutare a ricostruire la storia glaciale dell'Antartide. A differenza della terra, i mari attorno all'Antartide ospitano un gruppo ricco e diversificato di specie evolute, secondo alcuni modi unici di affrontare il freddo. Alcuni pesci antartici, per esempio, sono i soli vertebrati del mondo che non usano le cellule del sangue rosso per trasportare ossigeno nei loro corpi. Per essere così adattati al freddo, alcune di queste specie potrebbero non essere in grado di affrontare la vita in un mondo più caldo. Il cambiamento climatico potrebbe avere un impatto importante sulle specie antartiche. Dalle stazioni di ricerca su e intorno alla penisola Antartica, al BAS studiano come queste specie stiano rispondendo ai cambiamenti climatici. Sappiamo parecchio sulle piante e gli animali del continente e, pochissimo della vita microbica dell'Antartide. Questi organismi svolgono un ruolo vitale negli ecosistemi antartici e, possono aiutare a produrre nuovi antibiotici e altri composti, sono ricchi ma allo stato attuale sono solo una risorsa non utilizzata. Al BAS, si stanno utilizzando metodi genetici all'avanguardia per studiare il DNA di questi microbi e, si spera, di poter sfruttare al più presto il loro potenziale. I vermi nematodi sono uno dei più importanti gruppi faunistici del suolo in Antartide ma, si sa poco sulla loro più ampia distribuzione, biogeografia e storia nella regione, e le informazioni tassonomiche rimangono confuse o incomplete. La fauna di Alexander Island (Antartide marittima meridionale) includa elementi che sono sopravvissuti al periodo della glaciazione del Pleistocene in situ, formando un centro regionale di endemismo e anche un hotspot di biodiversità. Le indagini nematologiche sono state fatte su un determinato gradiente latitudinale lungo la penisola antartica meridionale, confrontando i dati ottenuti con la fauna marittima antartica descritta nei pochi studi precedenti, tra la baia di Marguerite settentrionale e le isole Orcadi meridionali. La ricerca è supportata da precedenti scoperte di una mancanza di sovrapposizione a livello di specie tra le zone biogeografiche oceaniche marittime e continentali, con la grande maggioranza di esemplari ottenuti da tutti i siti di indagine attribuibili a noti marittimi o taxa nuovi e attualmente endemici.Tuttavia, le collezioni di Alexander Island, Alamode Island e il sito più occidentale campionato, di Charcot Island, includono esemplari morfologicamente molto vicini a due specie continentali dell'Antartide, e potrebbero indicare un legame tra le due regioni. La fauna ottenuta nei siti di studio settentrionali (Adelaide Island, Marguerite Bay) corrisponde strettamente a quella descritta in precedenza. In contrasto con i modelli ampiamente descritti di diversità decrescente in altri biota antartici, la ricchezza di specie è aumentata marcatamente in località su Alexander Island, includendo un elemento sostanziale di specie non descritte (50% di taxa in tutte le località, 40% di taxa trovato su Alexander Island). Infine, i campioni più meridionali ottenuti, dai nunatak dell'entroterra di Ellsworth Land, indicano una fauna che non include i nematodi, fatto eccezionale non solo in un contesto antartico ma anche per i suoli in tutto il mondo.
Un plasmide infetta i microbi della stessa specie e si replica nei nuovi ospiti
Gli scienziati dell’università del New South Wales (Unsw) studiando i microbi in alcuni dei laghi più salati dell’Antartide, hanno scoperto un nuovo modo utilizzato da questi piccoli organismi per condividere il DNA che potrebbe averli aiutati a crescere e sopravvivere.
Con lo studio basato su 18 mesi di campionamento dell’acqua in remote località antartiche, anche durante il freddissimo inverno antartico, si potrebbe fare nuova luce sulla storia evolutiva dei virus.
Il team dell’Unsw ha inaspettatamente scoperto un ceppo di microrganismi amanti del sale antartico contenente plasmidi: piccole molecole di DNA che possono replicarsi indipendentemente in una cellula ospite e che spesso contengono geni utili a un organismo.
« Mentre i virus hanno una struttura protettiva di natura proteica chiamata capside, i plasmidi sono pezzi di DNA ‘nudi’, e generalmente si muovono da cellula a cellula per contatto, o almeno questo è ciò che si credeva finora. I plasmidi trovati nei microbi antartici, denominati pR1SE, si proteggono come i virus grazie a una vescicola, costituita dalle stesse proteine che si trovano nella membrana dell’ospite. Una volta rilasciata dagli Archea, la vescicola permette al plasmide di infettare microbi della stessa specie, in cui non siano già presenti altri plasmidi e, quindi, di replicarsi nei nuovi ospiti ».
“Susanne Erdmann, sottolinea, che è la prima volta che questo meccanismo è stato documentato. Potrebbe essere un precursore evolutivo di alcuni degli involucri protettivi più strutturati che i virus hanno sviluppato per aiutarli a diffondersi e diventare degli invasori di successo. La constatazione suggerisce come alcuni virus potrebbero essersi evoluti dai plasmidi»
Deep Lake
I microbi antartici studiati dai ricercatori sono chiamati haloarchaea, noti per essere promiscui, dato che si scambiano rapidamente il DNA tra di loro. Possono sopravvivere nel Deep Lake, un lago profondo 36 metri, così salato da rimane allo stato liquido fino a meno di 20 gradi di temperatura. Il lago, si trova a circa 5 chilometri dalla stazione antartica australiana Davis, e si è formato circa 3500 anni fa.
Archaea
Microbi haloarchaea contenenti i plasmidi erano già stati isolati da campioni di acqua molto rari raccolti alle isole Rauer, circa a 35 km dal Deep Lake.
«Si è anche scoperto che i plasmidi potrebbero prendere un po’ di DNA dal microbo ospitante, integrarlo nel proprio DNA, produrre vescicole a membrana intorno a se stessi e poi mandarle a infettare altre cellule. I risultati sono quindi rilevanti per la scienza antartica e per la biologia nel suo insieme».