lunedì 27 giugno 2016

Particelle di microplastica ingerite modificano il comportamento delle larve di pesci


In un nuovo studio, i ricercatori della Uppsala University hanno scoperto che le larve di pesce esposte a particelle microplastiche, durante lo sviluppo, visualizzano comportamenti cambiati e una crescita stentata che portano ad notevolmente aumento dei tassi di mortalità. Il pesce persico larvale che ha avuto accesso alle particelle microplastiche ha solo mangiato plastica e ignorato la loro fonte di cibo naturale cioè zooplancton, senza nuoto.
Le particelle microplastiche (definiti come particelle di plastica quelle di dimensioni <5mm ) provengono da grandi prodotti di scarto in plastica frammentati in pezzi più piccoli, o da manufatti plastici di dimensioni microscopiche (ad esempio, microsfere in prodotti per la cura personale). Queste particelle microscopiche come rifiuti raggiungono gli oceani attraverso corsi d'acqua e dei laghi e si accumulano in alte concentrazioni nelle zone costiere poco profonde.
Crescente è la preoccupazione che l'accumulo di particelle di scarto microplastiche possano incidere sul funzionamento degli ecosistemi marini, ma la nostra conoscenza degli impatti dei frammenti microplastici sugli animali marini è limitata. Per la prima volta, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che lo sviluppo dei pesci è minacciato dall'inquinamento microplastico.
'I pesci allevati in diverse concentrazioni di particelle microplastiche -dice il biologo marino, Oona Lönnstedt-, hanno ridotto i tassi di cova e visualizzano comportamenti anomali. I livelli di particelle microplastiche testati in questo studio sono simili a ciò che si trova,oggi, in molti habitat costieri in Svezia e in altre parti del mondo di '.
Il pesce persico larvale
                                                Pesce persico larvale dal Mar Baltico che ha riempito
                                               il suo stomaco con le particelle di scarto di microplastica.Oona Lönnstedt'

E’  la prima volta che un animale è stato trovato -dice il professor Peter Eklöv, co-autore dello studio- ad alimentarsi preferenzialmente di particelle di plastica ed è motivo di preoccupazione'. Esposto a concentrazioni rilevanti per l'ambiente di particelle di polistirene microplastico visualizza stentati tassi di crescita. Gli autori hanno scoperto che questo era legato a preferenze di alimentazione larvale. Difatti appena il pesce persico  che ha avuto accesso alle particelle microplastiche ha mangiato solo plastica e ignorato la loro fonte di cibo naturale, cioè lo zooplancton che non nuota.
'Le larve esposto a particelle microplastiche durante lo sviluppo visualizzano anche cambiati comportamenti ed erano molto meno attive del pesce che era stato allevato in acqua che non conteneva particelle microplastiche. Inoltre, i pesci esposti a particelle microplastiche , -dice Oona Lönnstedt- ignorano l'odore dei predatori che di solito evocano comportamenti innati. Insomma il meccanismo di antimolestie nel pesce non c’è,e diventa ingenuo ‘.
La mancanza di una risposta antimolestie  ha reso le larve più vulnerabili ai predatori. In effetti, quando persico sono stati collocati con un predatore naturale (luccio), pesci che erano stati esposti a particelle microplastiche sono stati catturati e mangiati più di quattro volte veloce di pesci di controllo, con tutti i pesci che erano stati esposti a particelle microplastiche, morti entro le 48 ore.
Se questa risposta in larve di pesci si traduce in tassi di mortalità più elevati a causa di un aumento del rischio di predazione in natura, ci potrebbero essere conseguenze dirette per la ricostituzione e la sostenibilità delle popolazioni ittiche.
'Incrementi di inquinamento microplastico nel Mar Baltico e cali di reclutamento marcati delle specie chiave costiere, come il pesce persico e il luccio, recentemente sono stati osservati. Il nostro studio -dice Peter Eklöv - suggerisce un potenziale driver per il tasso di reclutamento osservata una diminuzione e aumento della mortalità '.
'Se  nelle fasi iniziali di vita-storia -dice Oona Lönnstedt- altre specie sono ugualmente colpiti da microplastiche, e questo si traduce in un aumento dei tassi di mortalità, gli effetti sugli ecosistemi acquatici potrebbero essere profondi'.
I risultati evidenziano effetti ecologicamente importanti e precedentemente sono state sottovalutate le particelle che entrano come microplastiche negli ecosistemi marini, e sottolinea la necessità di nuove strategie di gestione o di prodotti biodegradabili alternativi che abbassano il rilascio di prodotti di scarto microplastici.
Lo studio, dovrebbe essere visto come un puntatore su ciò che può essere in corso in molti mari di tutto il mondo. Tuttavia, studi più ampi sono necessari prima di trarre conclusioni di vasta portata che si possono trarre.


giovedì 23 giugno 2016

Distacco del modulo di trasporto dalla Iss (video)


La pelle modifica il codice genetico dei globuli rossi

Sandra Capellera e Johan Flygare


Otto giorni. Questo è il tempo che ci vuole per le cellule della pelle a riprogrammare in globuli rossi. I ricercatori dell'Università di Lund in Svezia, insieme con i colleghi di centro di medicina rigenerativa di Barcellona, ​​hanno identificato con successo i quattro tasti genetici che sbloccano il codice genetico delle cellule della pelle e li riprogrammano per iniziare, invece la produzione di globuli rossi.
"E' stato effettuato questo esperimento sui topi, e i risultati preliminari indicano che è possibile riprogrammare cellule da esseri umani nei globuli rossi. Una possibile applicazione di questa tecnica è quello di rendere globuli rossi personalizzati per trasfusioni di sangue, ma questo è ancora un ipotesi lontana dal diventare una realtà clinica ", afferma Johan Flygare, direttore del gruppo di ricerca e responsabile dello studio.
Ogni individuo ha un unico codice genetico, che è un completo manuale di istruzioni e descrive esattamente come si formano tutte le cellule del corpo. Questo manuale è memorizzato sotto forma di una specifica sequenza di DNA nel nucleo cellulare. Tutte le cellule umane - cellule cerebrali, muscolari, grasso, ossa e la pelle - hanno lo stesso codice esatto.
Il gruppo di ricerca a Lund ha voluto scoprire come le cellule aprono il capitolo che contiene le istruzioni su come produrre globuli rossi. Le cellule della pelle
su cui si basa lo studio hanno avuto accesso al manuale di istruzioni, ma i ricercatori sono stati in grado di eseguirli per aprire il capitolo che descrive i globuli rossi
?
Con l'aiuto di un retrovirus, hanno introdotto diverse combinazioni (più di 60 geni) nel genoma delle cellule della pelle ', finché un giorno si erano convertiti con successo le cellule della pelle in cellule rosse del sangue. 
"Questa è la prima volta che qualcuno è mai riuscito a trasformare cellule della pelle in cellule rosse del sangue. Una scoperta che è incredibilmente eccitante", dice Sandra Capellera, dottoranda e autrice principale della ricerca.
Lo studio dimostra che, su 20.000 geni, sono necessari solo quattro per riprogrammare le cellule della pelle per iniziare a produrre ì. Inoltre, tutti e quattro sono necessari per farlo funzionare.
"E 'un po' come uno scrigno, -spiega Sandra- in cui devi girare quattro tasti separati contemporaneamente in modo che il petto di aprire".
La scoperta è significativa sotto diversi aspetti. Parzialmente da un punto di vista biologico - comprendere come globuli rossi vengono prodotti e quali  istruzioni genetiche hanno bisogno - ma anche dal punto di vista terapeutico, in quanto crea la possibilità di produrre globuli rossi dalle cellule della pelle di un paziente . Attualmente vi è una mancanza di donatori di sangue, per esempio, pazienti con malattie anemici. :
"L'invecchiamento della popolazione -spiega Johan Flygare- significa più trasfusioni di sangue in futuro. Ci sarà anche un numero crescente di persone provenienti da altri paesi con tipi di sangue raro, il che significa che non avremo sempre sangue da offrire loro."
I globuli rossi sono le cellule più comuni nel corpo umano, e sono necessari per trasportare ossigeno e anidride carbonica. Milioni di persone nel mondo soffrono di anemia - una condizione in cui il paziente ha una quantità insufficiente di globuli rossi. I pazienti affetti da anemia cronica sono tra i casi più problematici. Essi ricevono trasfusioni di sangue regolari da diversi donatori, che può portare al paziente di sviluppare una reazione al sangue nuovo. Essi semplicemente diventano allergici al sangue del donatore. Trovare un modo fattibile per rendere il sangue da cellule della pelle di un individuo avrebbe portato sicuramente sollievo a questo gruppo di pazienti. Tuttavia, ulteriori studi sono necessari su come il sangue  viene generato negli organismi viventi.




Gli antibiotici aumentano la disponibilità di nutrienti nell'intestino, consentendo la crescita di patogeni

Una nuova ricerca segnala che variazioni della flora intestinale
sono alla base di molte malattie umane e l’identificazione di un meccanismo responsabile dell’alterazione di comunità microbiche apre la porta allo sviluppo di nuove terapie progettate per interrompere la catena di eventi che danno a questi patogeni un vantaggio di crescita dopo il  trattamento con antibiotici .

La ricerca guidata da Andreas Bäumler, professore di immunologia e microbiologia medica presso UC Davis Health System, ha identificato un nuovo meccanismo che spiega come gli antibiotici cambiano la flora intestinale, aumentando le sostanze nutrienti che beneficiano in particolare la crescita dei patogeni, come la Salmonella .
La ricerca è importante perché cambiamenti nella flora intestinale sono alla base di molte malattie umane e l'identificazione di un meccanismo responsabile dell’alterazione che riguardano le comunità microbiche, apre la porta allo sviluppo di nuove terapie progettate per interrompere la catena di eventi che danno a questi agenti patogeni un vantaggio di crescita dopo il trattamenti con antibiotici.
"La ricerca si è tradizionalmente concentrata sui meccanismi attraverso i quali gli antibiotici aiutano a controllare la crescita di batteri o di informare lo sviluppo di nuovi formulazioni quando i batteri diventano resistenti ai farmaci esistenti. Ma il nostro studio di ricerca - ha detto Franziska Faber, uno dei ricercatori-, è stato il primo a dimostrare che la Salmonella è stata in grado di prosperare nell'intestino dopo il trattamento antibiotico a causa della maggiore disponibilità di zuccheri ossidati."
La gastroenterite è un effetto collaterale comune di assunzione di antibiotici. Mentre la diarrea può essere lieve e scomparire dopo che la terapia antibiotica è stata completata, in alcuni casi, può portare alla colite, una infiammazione del colon, o a condizioni più gravi che causano dolori addominali, febbre e diarrea sanguinolenta.
Batteri intestinali
La ricerca di Bäumler ha trovato che il trattamento antibiotico orale, ha aumentato la sintesi di un enzima host che genera radicali di ossido nitrico.Quest’ultimo può ossidare gli zuccheri in zuccheri acidi, come Galactarate, fattore chiave nella crescita di Salmonella .
"I tassonomi identificati che utilizzano  il galactarate
La molecola del galactarate
empiricamente sono una caratteristica delle Salmonelle isolate e che causano gastroenterite. Il nuovo studio suggerisce , -ha detto Bäumler- che questa struttura fa parte di un 'business plan'  che la Salmonella
la salmonella enterica
 
usa per crescere nell'intestino di accoglienza".
“Gli antibiotici sono essenziali per combattere le infezioni batteriche, ma, paradossalmente, possono anche rendere il corpo più a rischio di infezione e diarrea”.Esattamente come i microbi residenti "buoni" nell'intestino proteggono contro gli agenti patogeni, quali  la Salmonella , e come trattamento con antibiotici favorisce la crescita di microbi che causano malattie sono stati poco compresi.La ricerca in un modello murino guidata da Andreas Bäumler, ha identificato la catena di eventi che si verificano all'interno del lume intestinale dopo il trattamento antibiotico e  che permettono ai batteri  "cattivi" di prosperare.La scoperta ha implicazioni profonde, ampliando le informazioni su  come i microbi interagiscono tra loro nella superficie intestinale e informa lo sviluppo di nuove strategie per prevenire gli effetti collaterali del trattamento antibiotico.Secondo Bäumler, il processo inizia con antibiotici che riducono  i batteri "buoni" nell'intestino, inclusi quelli che la fibra  che viene ripartita tra i batteri dalle verdure per creare butirrato, un acido organico essenziale per le cellule che rivestono l'intestino crasso. Quest'acido è un bisogno primario come fonte di energia per assorbire l'acqua. La ridotta capacità di metabolizzare la fibra impedisce a queste cellule il consumo di ossigeno, aumentando di conseguenza i livelli di ossigeno nel lume intestinale che favoriscono la crescita di Salmonella ."A differenza dei clostridi e altri microbi benefici nell'intestino, - ha detto Bäumler- che crescono in condizioni anaerobiche, o in completa assenza di ossigeno, Salmonella fiorisce nella nuova creazione di un micro ambiente ricco di ossigeno dopo il trattamento antibiotico" . "In sostanza, gli antibiotici hanno consentito ai patogeni nell'intestino di respirare."Altre ricerche hanno collegato bassi livelli di microbi associati alla produzione-butirrato con la malattia infiammatoria intestinale, ma sono necessarie ulteriori ricerche per determinare se questi risultati sono limitati al solo butirrato e alla crescita di Salmonella o se altri meccanismi simili sono alla base delle interazioni che influenzano la salute umana.



Col modulo BEAM gli astronauti si predispongono alle successive esplorazioni

BEAM aperto per la prima volta sulla ISS.
L'astronauta della NASA Jeff Williams galleggia davanti all'ingresso del Modulo attività espandibile Bigelow.
L'astronauta della NASA Jeff Williams ha aperto il portello per la Module Activity Bigelow espandibile (BEAM) lunedì, 6 giugno Insieme con il cosmonauta russo Oleg Skripochka, Williams è entrato nel BEAM per la prima volta a raccogliere un campione d'aria e iniziare a scaricare i dati dai sensori sulla dinamica di espansione del modulo. Williams ha detto ai controllori di volo a Mission Control, Houston che il BEAM sembrava "incontaminato" e ha detto che era freddo dentro, ma che non vi era alcuna prova di condensa sulle superfici interne. Altre opportunità d’ingresso per implementare altri sensori e apparecchiature del Beam sono già state programmate nei prossimi giorni. Il portellone di Beam rimarrà chiuso dopo ogni ispezione. Williams e le squadre di lavoro della NASA al Bigelow Aerospace sono un centro di controllo della missione al Johnson Space Center della NASA a Houston. Hanno ampliato le funzioni della Bigelow espandibile Activity modulo (BEAM) riempiendolo di aria durante più di sette ore nelle ultime operazioni nel mese di maggio. Il BEAM
Il modulo BEAM
lanciato  l’8 aprile
 a bordo di una navicella cargo Dragon della SpaceX da Cape Canaveral Air force Station in Florida, è stato assegnato al modulo Tranquility della Stazione spaziale Internazionale circa una settimana dopo. Il Beam è un esempio di maggiore impegno della NASA a collaborare con l'industria per consentire la crescita dell’uso commerciale dello spazio. Il modulo, che Bigelow Aerospace ha sviluppato e costruito, è co-sponsorizzato da Bigelow Division Advanced Systems Exploration della NASA.Il portellone della Bigelow espandibile Activity Module è stato aperto per la prima volta  dall’astronauta Jeff Williams
Williams al lavoro dentro il modulo BEAM
che è entrato all’interno e ha controllato i sensori, ma anche i condotti d'aria installati e riportando sulla Terra che erano in ottime condizioni.
 Dopo che Williams ha completato le verifiche nel BEAM, è uscito ed ha chiuso la botola per la giornata. L'equipaggio entrerà nel BEAM un altro paio di volte per controllare i sensori e le attrezzature. BEAM rimarrà attaccato alla Stazione Spaziale Internazionale per due anni, duranti i quali saranno effettuate prove della sua durata. Il resto dell'equipaggio Expedition 47 ha avviato studi di ricerca umani ,dei quali beneficieranno gli astronauti nello spazio e le persone sulla Terra. L’astronauta britannico Tim Peake ha esplorato come gli astronauti si adattano a compiti che richiedono elevata concentrazione e procedure dettagliate. Le capacità motorie sono cruciali per interagire con successo con le tecnologie touch-based, la riparazione di apparecchiature sensibili, e una varietà di altri compiti. In the Effects of Long-Duration Microgravity on Fine Motor Skills: 1 year ISS Investigation (Fine Motor Skills), crew members perform a series of interactive tasks on a touchscreen tablet. Negli effetti di lunga durata microgravità sulle capacità motorie: 1 anno di investigazione sulla  ISS (capacità motorie), per la quale i membri dell'equipaggio eseguono una serie di attività interattive su una tavoletta touchscreen. The investigation is the first fine motor skills study to measure long-term microgravity exposure, different phases of microgravity adaptation, and sensorimotor recovery after returning to Earth gravity. L'indagine è il primo studio sulle capacità motorie per misurare l'esposizione a lungo termine microgravità, le diverse fasi di adattamento alla microgravità, e il recupero senso motorio dopo il ritorno alla gravità terrestre. Williams poi  ha raccolto campioni biologici per lo stivaggio e l'analisi dell’ esperimento Multi-omiche  che studia il sistema immunitario. L'analisi multi-omiche di umana microbica-metabolica, viene attuata con modalità trasversali, nell'ecosistema spazio. Multi-omiche  è un’indagine che valuta l'impatto dell'ambiente spaziale e dei prebiotici sulla funzione immunitaria degli astronauti, combinando i dati ottenuti dalle misurazioni dei cambiamenti nell'intestino e la sua composizione microbiologica, profili metabolici, e il sistema immunitario.  Il comandante Tim Peake e l’ingegnere di volo Yuri Malenchenko sono stati impegnati nei preparativi della loro navicella spaziale Soyuz TMA-19M che si preparava alla partenza del 18 giugno. Peake si è unito al duo per il ritorno a casa dopo aver vissuto nello spazio per sei mesi.
Il modulo BEAM attaccato alla stazione spaziale internazionale



Atterraggio della Soyuz con la spedizione 47





lunedì 13 giugno 2016

Il neutrino cosmico come si studia e come studiarlo in futuro

Il neutrino cosmico, il Big Bird dal buco nero in una lontana galassia. È stato osservato nel 2012 dall’esperimento Ice-Cube in Antartide e dal telescopio spaziale Fermi, ma ora ha un’origine. Una potente esplosione avvenuta 10 miliardi di anni fa, generata dal buco nero della lontana galassia PKS B1424-418. Nel dicembre 2012 alcuni telescopi hanno osservato un neutrino super energetico e ci s’interrogava da dove fosse arrivato? Finora nessuno era riuscito a dare una risposta.                                                                                                        Il “Big Bird“, ribattezzato così per la sua energia da record, pari a 2mila milioni di elettronvolt, che ne fa il secondo neutrino più energetico mai rivelato, arriva dalla lontana galassia PKS B1424-418, dove 10 miliardi di anni fa è stato emesso dalla potente esplosione di un buco nero che si trova al centro della sorgente galattica. La risposta ora arriva dai ricercatori dell’università di Wuerzburg, in Germania, guidati dall’astrofisico Matthias Kadler, rendendo noti i risultati ottenuti dall’elaborazione dei dati di Ice-Cube. Tutto ebbe inizio 100 anni fa, quando uno scienziato austriaco, Victor Hess, scoprì i raggi cosmici. Hess grazie ad una serie di voli in mongolfiera, misurò le radiazioni intorno a lui ad altitudini fino e oltre cinque chilometri, però a mano a mano che saliva attraverso l'atmosfera, i livelli di radiazione calavano, per risalire vertiginosamente se scendeva al livello del mare. Le radiazioni dovevano in qualche modo raggiungere la Terra dallo spazio. I raggi cosmici sono ormai noti per essere particelle altamente energetiche che hanno origine nello spazio e bombardano il nostro pianeta da tutte le direzioni. La maggior parte sono costituiti da particelle cariche, come gli ioni metallici, ma questi sono di scarsa utilità per gli scienziati spaziali che sperano di scoprire le origini dell'alta energia dei raggi cosmici. Le particelle cariche sono deviate dai campi magnetici nella loro corsa attraverso lo spazio, rendendo difficile, o impossibile, ripercorrere il loro percorso e individuare il loro luogo di nascita cosmica. I neutrini sono diversi. Prodotti insieme ai raggi cosmici nello spazio esterno, i neutrini sono scariche e passano attraverso la materia quasi del tutto indisturbati.Infatti, si dirigono verso la Terra in linea retta dando agli scienziati una buona possibilità di risalire direttamente alle loro origini.
Tutto questo è stato elaborato nel laboratorio IceCube alla stazione del Polo Sud Amundsen-Scott in Antartide.

Nell'ultima metà del decennio, più di 5.000 palle di vetro grandi suppergiù come un cocomero, definite "digital optical module" (DOM)
sensore ottico_ICE CUBE
, sono state riunite e sepolte nel profondo della calotta antartica.

Spencer Klein, fisico del Lawrence Berkeley National Laboratory spiega: "Il DOM è un rilevatore di luce estremamente sensibile e si trova al centro di quello che deve essere uno dei progetti più ambiziosi nella storia della scienza. Con il congelamento di questi moduli nel terreno intorno alla stazione Amundsen-Scott, abbiamo trasformato un chilometro cubo di ghiaccio polare incontaminato, in un osservatorio cosmico enorme. L'IceCube, costato 272 milioni di dollari, non è il tipico telescopio; invece di raccogliere la luce delle stelle, dai pianeti o da altri oggetti celesti, cerca le particelle chiamate neutrini fantasma che si scagliano attraverso lo spazio con i raggi cosmici di energia elevata. Secondo i piani, l'osservatorio rivelerà la misteriosa provenienza di questi raggi e come possano essere così energici. IceCube in ultima analisi fornirà agli astronomi occhi nuovi con cui studiare l'universo.
 Dunque è stato un frutto d’ insieme, l’esperimento di rivelazione di neutrini ad altissima energia situato in Antartide, abbinato ai dati provenienti dal telescopio spaziale Fermi della NASA, in collaborazione degli enti italiani ASI, Inaf e Infn. IceCube è un esperimento che si trova in Antartide e punta a rivelare neutrini ad altissima energia. La storia di questo neutrino cosmico inizia 10 miliardi di anni fa, ma solo a dicembre 2012 i telescopi sono riusciti a osservarlo per la prima volta. La galassia da cui proviene il neutrino cosmico è classificata come una blazar a raggi gamma, un oggetto particolarmente attivo con un nucleo compatto e brillante. Questo eccesso di luminosità della sua regione centrale è prodotto dalla materia che, cadendo nel buco nero, con una massa milioni di volte superiore a quella del nostro Sole, viene riemessa in direzione della Terra.I dati di IceCube e del telescopio Fermi sono poi stati analizzati nel programma di osservazione a lungo termine Tanami. Quest’ultimo ha iniziato la sua attività nel 2007 e monitora circa 100 galassie attive, tra cui proprio la galassia identificata dal telescopio della Nasa. L’incrocio dei dati, ha spiegato Kadler, permette di risalire alla sorgente del neutrino cosmico.“Tenendo conto di tutte le osservazioni, il blazar sembra aver avuto mezzi, movente e opportunità per’sparare’ il neutrino Big Bird, per questo motivo è il nostro primo sospettato”. Tanami è un progetto che monitora circa 100 galassie attive. Ha analizzato i dati provenienti da IceCube e dal telescopio Fermi, contribuendo a determinare la sorgente del neutrino Big Bird, il neutrino da 2mila milioni di elettronvolt.
Da allora i ricercatori hanno elaborato i dati di questo evento altamente energetico, - spiega Roopesh Ojha, scienziato della Nasa. “I neutrini sono le particelle fondamentali della fisica più veloci, luminose, non interagenti e poco comprese". Oggi siamo in grado di rivelare quelli a più alte energie che arrivano dall’esterno della nostra galassia. Questo lavoro rappresenta la prima associazione plausibile tra un solo oggetto extragalattico e uno di questi neutrini cosmici”. Proprio il loro carattere non interagente con la materia circostante e l’altissima velocità prossima a quella della luce fanno dei neutrini particelle molto difficili da rivelare, ma allo stesso tempo le uniche in grado di sfuggire da oggetti celesti quali i buchi neri, la cui attrazione gravitazionale è tale da “risucchiare” anche la luce. I neutrini rappresentano ancora oggi per l’astrofisica un tassello chiave per svelare il puzzle dei misteri dell’universo.
L’astronomia del neutrino è pronta per le innovazioni. Dal 2010, l' esperimento IceCube in Antartide - 5.160 sensori ottici di dimensioni diffuse attraverso un chilometro cubo di ghiaccio - hanno rilevato alcune punteggio neutrini energetici provenienti dallo spazio profondo. Anche se questi sono reperti interessanti che sollevano molte domande, il numero irrisorio di particelle extraterrestri è troppo poco per raccontare le loro origini o per testare fisica fondamentale. Per saperne di più sarà necessaria una nuova generazione di osservatori di neutrini. I neutrini sono particelle subatomiche che interagiscono solo debolmente, in modo che possano viaggiare in lungo attraverso lo spazio e anche penetrare la Terra. IceCube rileva i neutrini di alta energia, con energie superiori a circa 100 gigaelectronvolts. Questi sono prodotti quando i raggi cosmici - protoni ad alta energia o nuclei più pesanti dallo spazio - interagiscono con la materia e la luce. Ciò può accadere sia presso i siti, dove si producono i raggi cosmici, o quando i raggi entrano nell'atmosfera terrestre e si scontrano con le molecole di gas, rilasciando una cascata di particelle elementari. Neutrini prodotti in atmosfera sono centinaia di volte più numerosi di quelli astrofisici. Molti di fisica puzzle stanno per essere risolti da astronomia dei neutrini . Uno è l'origine dei raggi cosmici ad ultra-alta energia. Nel 1962, la matrice vulcano Ranch nel New Mexico ha rilevato un’enorme pioggia di particelle provenienti da un raggio cosmico impattante nell'atmosfera superiore. Più decine di tali eventi sono stati rilevati da allora. 50 anni dopo, i fisici non hanno ancora idea di come la natura accelera le particelle elementari a tali energie elevate. Le energie superano notevolmente la gamma di acceleratori Terra-bound, come il Large Hadron Collider (LHC), vicino a Ginevra, Svizzera; si richiederebbe un anello delle dimensioni dell'orbita terrestre attorno al Sole. C'è anche molto abbiamo bisogno di scoprire i neutrini stessi - la loro masse accuratamente, come si trasformano da un tipo in un altro, e se esistono altre forme previsti (ad esempio neutrini 'sterili'). I neutrini potrebbe anche aiutare a trovare la materia oscura, materia invisibile che ha una parte nel controllare i movimenti di stelle, gas e galassie. Decomposizione o annientare la materia oscura potrebbe produrre neutrini energetici che sarebbero visibili a neutrino telescopi.L'aspetto negativo di interazioni deboli neutrini 'è che un rivelatore di grande è necessario per catturare le particelle sufficienti per distinguere i pochi quelli spaziali dal molti altri provenienti da atmosfera terrestre. IceCube è il più grande sistema di neutrino-rilevamento in funzione, ma è troppo piccolo, e la raccolta di ulteriori dati è probabilmente troppo lenta per produrre innovazioni importanti nel prossimo decennio. Grandi osservatori di neutrini, con volumi che sono 10-100 volte superiore a quella di IceCube, sono essenziali per esplorare i processi più energetici nell'Universo. Determinazione delle masse dei diversi tipi di neutrino e lo studio su come i neutrini interagiscono con la materia entro la Terra potrebbe distinguere o escludere alcuni modelli di dimensioni spaziali extra e affrontare i problemi fondamentali per la fisica nucleare ad alta energia, come la densità dei gluoni (che mediano le forze tra i quark ) in nuclei pesanti. Disegni per i telescopi di neutrini sono sul tavolo da disegno e potrebbero essere installati e funzionanti in cinque a dieci anni - se le comunità  di astrofisici,  sui contenuti delle particelle e le caratteristiche nucleari- fisiche riescono ad incontrarsi e coordinare i finanziamenti. Un insieme complementare di diversi osservatori di neutrini sarebbero efficaci per lo studio della fisica ad energie oltre il LHC  con una frazione del costo,commensurata all'investimento su decine o centinaia di milioni di persone, piuttosto che decine di miliardi, di dollari. 

IceCube è diventata pienamente operativa in Antartide nel 2010 e, rileva la luce blu: radiazione Cherenkov che viene emessa dalle particelle cariche prodotte quando i neutrini energetici interagiscono con i nuclei atomici in acqua o ghiaccio. I computer agiscono come pettini, attraverso i dati per cercare le interazioni - tracce lunghe o cascate radiali di particelle provenienti da un punto . IceCube vede più di 50.000 neutrini candidati all'anno. Meno dell'1% sono dallo spazio. Ci sono diversi modi per distinguere  i neutrini cosmici da neutrini atmosferici. Gli eventi di altissima energia sono più probabilità di essere astrofisica. I neutrini atmosferici sono accompagnati da una pioggia di particelle, che può essere visto con i rilevatori sulla superficie del ghiaccio. I muoni, particelle subatomiche di breve durata, prodotte in queste docce, sono 500.000 volte più numerosi dei neutrini, e possono  anche penetrare il ghiaccio; così i segnali che viaggiano accompagnati da muoni verso il basso dal cielo sono probabilmente di origine atmosferica.Dal 2010, IceCube ha visto circa 60 candidati neutrini astrofisici . Altri esperimenti sono troppo piccoli per rilevare tali neutrini; questi includono ANTARES ,
una serie di fili di rilevatori ancorati al fondo del  Mediterraneo al largo di Marsiglia, in Francia, e un altro rilevatore simile nel  Lago Baikal, in Russia. Il loro tasso di rilevamento di neutrini astrofisici è alto come ci si poteva aspettare - se ci fossero più i neutrini, che avrebbero drenato i raggi cosmici della maggior parte della loro energia. Quindi, trovare le sorgenti astrofisiche dei neutrini dovrebbe essere facile. Il fatto che non li abbiamo trovati è un puzzle in crescita. Finora, i neutrini non sembrano provenire da siti particolari sul cielo , anche se diversi gruppi hanno suggerito un legame debole per il piano della Via Lattea.  GRB sono brevi raffiche di raggi gamma-potenti che vengono raccolti dai satelliti. Si pensava che l’emanazione provenisse sia da un buco nero in coalescenza con una stella di neutroni o con un altro buco nero (producendo una rapida raffica della durata di meno di 2 secondi); o dal crollo più lento di stelle supermassiccie (scoppia con la durata di secondi o minuti). Le particelle sono accelerate dall’ implosione o esplosione. Di più di 800 GRB esaminati dagli scienziati IceCube, nessuno è stato accompagnato da uno scoppio di neutrini, il che implica che i GRB possono produrre al massimo 1% dei neutrini astrofisici visti da IceCube .AGN sono galassie che nei loro centri hanno buchi neri supermassicci e accrescimento di gas. Le particelle possono essere accelerate a velocità relativistiche in getti di materiale fatti saltare fuori dal buco nero. Ma IceCube non vede associazioni tra neutrini energetici e galassie attive con getti che puntano verso la Terra, il che suggerisce che le galassie attive spiegano al massimo il 30% dei neutrini .Altre fonti improbabili includono galassie starburst, che contengono regioni polverose di intensa formazione stellare che sono crivellate da esplosioni di supernova ;  i magnetar, sono stelle di neutroni, circondato da forti campi magnetici che espellono potenti raffiche di neutrini per alcuni giorni (questi dovrebbero essere stati visti da IceCube); e resti di supernova, i cui campi magnetici sono troppo deboli per spiegare i neutrini più energetici , anche se si ritiene siano responsabili per la maggior parte di  raggi cosmici a più bassa energia, osservati nella Galassia. Altre possibilità più esotiche restano testate: non ancora le invisibili particelle di materia oscura supermassicci che annichilano e producono neutrini energetici; o il decadimento delle "stringhe" cosmiche, discontinuità nello spazio-tempo rimasto dal Big Bang. IceCube ha anche testato teorie fisiche alternative.                           Prossima generazione                                                                                                                 Ci sono due vie da percorrere: ingrandire le matrici ottiche attuali per raccogliere più neutrini, o trovare altre strategie per isolare i neutrini a più alta energia che devono essere di origine cosmica . Questi approcci coprono diverse categorie di energia e in tal modo la fisica complementare. In primo luogo, più grandi telescopi con l’ottica Cherenkov potrebbero essere implementate nei ghiacciai o un lago, mare o oceano - simile a IceCube o ANTARES ma con sensori ottici più efficienti e tecnologia più conveniente. Diversi gruppi hanno sviluppato progetti avanzati per questi concetti, ma mancano i finanziamenti. I rivelatori possono essere costruiti e operativi dal 2020. Per IceCube, migliorie tecniche comprendono tecnologia di perforazione più efficiente e sensori che si adattano a fori più stretti, che sono meno costosi da forare. Diversi siti offrono diversi vantaggi. L’Antartide offre una grande distesa di chiaro, ghiaccio compattato e infrastrutture. Ma rilevatori nell'emisfero settentrionale, per esempio, nel Mediterraneo, possono osservare più direttamente neutrini astrofisici dal centro della Galassia passati attraverso la Terra. L'assenza di potassio-40 e la bioluminescenza bassa in acqua dolce (che contribuiscono alla luce di fondo, possono confondere la ricostruzione di tracce delle particelle), e la presenza di una superficie ghiacciata durante l'inverno, semplificando la costruzione, rendono Lago Baikal un sito attraente. Il secondo approccio richiede la cattura di neutrini con energie superiori ai 10 8 GeV. I neutrini a questo livello energico sono rari - IceCube non ne ha visti - e una serie di almeno 100 km 3 sarebbe necessaria per acquisire un numero sufficiente di eventi. Poiché la luce ottica Cherenkov viaggia solo in decine di metri di ghiaccio o acqua, e copre un tale volume da richiedere milioni di sensori, sarebbe troppo costosa. Un modo più pratico è quello di cercare emissioni radio dalle interazioni dei neutrini con la calotta antartica. Quando i neutrini colpiscono un nucleo atomico nel ghiaccio, creano una pioggia di particelle cariche che sprigionano le onde radio nella gamma di frequenza di 50 megahertz a 1 gigahertz, così come la luce visibile. Le onde radio possono propagarsi per chilometri attraverso il ghiaccio.  Gli impulsi radio provenienti da neutrini con energie superiori ai 10 8 GeV dovrebbero essere abbastanza forti  da permettere la raccolta per le antenne nel ghiaccio. Due gruppi internazionali stanno costruendo prototipi e hanno cercato finanziamenti per espandere il progetto.                                                                                    Luce verde                                                                                                                                  Con una gamma di prezzi accessibili, di nuova generazione, le decisioni circa le priorità di progetto devono essere fatte e le sovvenzioni predisposte. Gli ostacoli principali sono i limitati budget nazionali della scienza. L’astronomia dei neutrini per la comunità astrofisica, necessita di mettere in comune le risorse per realizzare la promessa di queste tecniche. In primo luogo, uno o entrambi i successori di IceCube e ANTARES dovrebbero essere finanziati e costruiti. Un esperimento aggiornato IceCube (IceCub-Gen2) e il Cubic Chilometri Neutrino Telescope ( KM3NeT 
Stringa di  KM3NeT
), un progetto europeo proposto, sono entrambi i candidati forti ( 
nuova generazione telescopi neutrini' ). Se necessario, i gruppi di coordinamento IceCube, KM3NeT e il Gigaton rilevatore , una proposta matrice russa, dovrebbero esplorare la fusione queste collaborazioni di concentrarsi su un unico grande rilevatore presso il sito più conveniente. 
Telescopi di neutrini di nuova generazione
Rilevatori di neutrini più grandi sono stati proposti per catturare i neutrini cosmici abbastanza per sondare le energie estreme e testare la fisica di base e l'astronomia.
Sperimentazione
Rileva
Dove
Volume
Costo stimato (US $)
IceCube-Gen2
Ottico
South Pole, Antartide
10 km 3
400.000.000 $
Cubic Chilometri Neutrino Telescope (KM3NeT)
Ottico
Mar Mediterraneo (due siti presi in considerazione)
5 km 3
$ 250 milioni
Detector Volume gigaton
Ottico
Lago Baikal, in Russia
1 km 3
Sconosciuto
Askaryan Radio Array
Radio
South Pole, Antartide
> 100 km3
$ 5 milioni a 30 milioni di $
ARIANNA
Radio
Ross Ice Shelf, Antartide
> 100 km 3
$ 5 milioni a 30 milioni di $
In secondo luogo, almeno una serie di radio-rilevamento su 100-km 3  deve ottenere il via libera. Perché un tale progetto può essere fatto solo in Antartide, spetta a Science Foundation degli Stati Uniti , cioè il più grande sostenitore della ricerca in Antartide e realisticamente l'unico gruppo con adeguate risorse logistiche, per tirare fuori un progetto del genere. Molti gruppi non statunitensi sono interessati, e collaborazioni devono essere impostate e costi condivisi a livello internazionale. Una volta provata, una tale varietà potrebbe essere estesa per coprire 1000 km 3 circa, nel 2030, per monitorare l'universo a ultra-alta energia. Trovando le sorgenti astrofisiche di neutrini ultra-energetici e raggi cosmici - o escludendo i rimanenti modelli - la prossima generazione di osservatori di neutrini è garantita che potrà fare nuove scoperte.






martedì 7 giugno 2016

I batteri sono talvolta individualisti per necessità

Non esistono due batteri  identici - anche quando sono geneticamente gli stessi. Una nuova ricerca rivela le condizioni in cui i batteri diventano individualisti e come aiutano il loro gruppo a svilupparsi quando i tempi si fanno difficili. Per un essere umano o un batterio, l'ambiente determina come puoi svilupparti. In particolare, ci sono due problemi fondamentali: quali risorse si possono attingere per sopravvivere e crescere e come si fa a rispondere se l'ambiente cambia improvvisamente?                                                                I ricercatori hanno recentemente scoperto che il numero di individualisti in una popolazione batterica sale quando la fonte di cibo è limitata. La loro scoperta va contro la saggezza prevalente che le popolazioni batteriche semplicemente rispondono, a ben vedere, alle condizioni ambientali che sperimentano. Gli individualisti, come rileva lo studio, sono in grado di prepararsi per tali cambiamenti con largo anticipo.
 La scarsità favorisce la diversità                                                                                            I ricercatori che lavorano con Frank Schreiber hanno dimostrato che singole cellule in colonie batteriche possono differire ampiamente nella costituzione in base a come rispondono ad una mancanza di nutrienti. Sebbene tutte le cellule in un gruppo sono geneticamente identiche, il loro modo di processare le sostanze nutritive dal loro ambiente può variare da una cellula all'altra. Per esempio, i batteri chiamati Klebsiella oxytoca

Klebsiella oxytoca
preferenzialmente si occupano di metabolizzare l’azoto sotto forma di ammonio, poiché in questo modo, richiede relativamente poca energia. Quando non c'è abbastanza ammonio per l'intero gruppo, alcuni dei batteri iniziano a prendere azoto fissandolo da azoto elementare, anche se questo richiede più energia. Se l'ammonio improvvisamente scompare del tutto, queste cellule almeno sono preparate. Mentre alcune cellule soffrono, il gruppo nel suo insieme può continuare a crescere. "Anche se tutti i batteri nel gruppo -dice Schreiber - sono geneticamente identici e esposti alle stesse condizioni ambientali, le singole cellule si differenziano tra di loro". Schreiber e colleghi sono stati solo in grado di rivelare le differenze sorprendenti tra i batteri studiandoli molto da vicino. "Abbiamo dovuto misurare l'assorbimento dei nutrienti da singole cellule batteriche - spiega Schreiber -  anche se questi sono grandi solo due micrometri. Di solito, i microbiologi studiano le proprietà collettive di milioni o addirittura miliardi di batteri. E 'stato solo grazie alla stretta collaborazione tra i gruppi di ricerca, e mettendo in comune le competenze e le attrezzature tecniche, sono stati studiati i batteri in modo così dettagliato ".                                             La diversità promuove la flessibilità                                                                          Questa ricerca dimostra fino a che punto l'individualità - nei batteri e, in generale - può essere essenziale in un ambiente in continua evoluzione. Le differenze tra gli individui danno le nuove proprietà del gruppo, permettendogli di affrontare condizioni ambientali difficili. "Ciò indica che la diversità biologica -dice Schreiber - non solo ha importanza in termini di diversità di specie animali e vegetali, ma anche a livello di individui all'interno di una specie". Come progetto futuro, Schreiber e suoi colleghi hanno in programma di studiare se il comportamento individualista dei singoli individui è di uguale importanza in ambienti naturali.