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».



venerdì 23 febbraio 2018

Il rivelatore universale di muoni


L'anello del grande solenoide



Il Large Hadron Collider (LHC) di 27 km è il più grande e potente acceleratore di particelle mai costruito. Accelera i protoni quasi alla velocità della luce, in senso orario e antiorario, per poi colliderli in quattro punti attorno al suo anello. In questi punti, l'energia delle collisioni tra particelle è trasformata in particelle d’irrorazione di massa in tutte le direzioni.
Il rilevatore del solenoide compatto per i muoni (o CMS) si trova in uno di questi quattro punti di collisione. È un rilevatore universale progettato per osservare qualsiasi nuovo fenomeno fisico che l'LHC potrebbe rivelare. CMS agisce come una gigantesca telecamera ad alta velocità, prendendo "fotografie" 3D di collisioni di particelle da tutte le direzioni fino a 40 milioni di volte al secondo.
Sebbene la maggior parte delle particelle prodotte nelle collisioni siano "instabili", esse si trasformano rapidamente in particelle stabili che possono essere rilevate dal CMS. Identificando (quasi) tutte le particelle stabili prodotte in ciascuna collisione, misurando la loro quantità di energia, e quindi mettendo insieme le informazioni di tutte queste particelle che è come mettere insieme i pezzi di un puzzle, il rilevatore può ricreare una "immagine" della collisione per ulteriori analisi.
IL CMS
Funzionamento del CMS
Il rivelatore da 14.000 tonnellate a 15 metri di altezza e 21 metri di lunghezza, è davvero abbastanza compatto per tutto il materiale che contiene. Progettato per rilevare particelle note come muoni in modo molto accurato ha il più potente magnete a solenoide mai creato. Il rivelatore CMS ha la forma di una cipolla cilindrica, con diversi strati concentrici di componenti. Questi componenti aiutano a preparare "fotografie" di ogni evento di collisione determinando le proprietà delle particelle prodotte in quella particolare collisione. E’ fatto da: particelle flettenti, generate da questo potente magnete.
Necessita difatti un potente magnete per piegare le particelle cariche mentre volano verso l'esterno dal punto di collisione. Piegare le traiettorie delle particelle, aiuta a identificare la carica della particella ed anche che le particelle caricate positivamente e negativamente si piegano in direzioni opposte nello stesso campo magnetico.
Ci consente di misurare la quantità di moto della particella: in un campo magnetico identico, le particelle ad alto momento si piegano meno rispetto a quelle a basso numero d’impulsi.
IL CMS tracker
Il magnete a solenoide, dà il suo ultimo nome a CMS, ed è formato da una bobina cilindrica di fibre superconduttive. Quando l'elettricità (18.500 ampere!) viene fatta circolare in queste bobine, non incontra resistenza: la magia della superconduttività - e può generare un campo magnetico di circa 4 tesla, che è circa 100.000 volte la forza del campo magnetico terrestre. L’alto campo magnetico deve essere limitato al volume del rivelatore ed è fatto dal "giogo" in acciaio che costituisce la gran parte della massa del rilevatore. Le bobine magnetiche e il suo giogo di ritorno pesano a 12.500 tonnellate, di gran lunga il componente più pesante del CMS. Il solenoide è il più grande magnete del suo tipo mai costruito e consente di posizionare il tracker e i calorimetri  all'interno della bobina, ottenendo un rilevatore complessivamente "compatto" rispetto ai rilevatori di peso simile.
L'identificazione delle tracce
Le particelle di curvatura non sono sufficienti: il CMS deve identificare con precisione molto elevata i percorsi di queste particelle cariche piegate. Il piegamento viene fatto da un tracker in silicio costituito da circa 75 milioni di singoli sensori elettronici disposti in strati concentrici. Quando una particella carica vola attraverso lo strato tracker, interagisce elettromagneticamente con il silicio e produce un colpo - questi singoli colpi possono quindi essere uniti per identificare la traccia della particella che attraversa.
 La misurazione dell'energia
Il calorimetro ECAL
Le informazioni sulle energie delle varie particelle prodotte in ogni collisione sono cruciali per capire cosa si è verificato nel punto di collisione. Queste informazioni sono raccolte da due tipi di "calorimetri" nel CMS. Il calorimetro elettromagnetico (ECAL) è lo strato interno dei due e misura l'energia di elettroni e fotoni fermandoli completamente. Gli adroni, particelle composite composte da quark e gluoni, volano attraverso l'ECAL e vengono fermati dallo strato esterno chiamato Hadron Calorimeter (HCAL).
La rilevazione dei muoni
La particella finale che CMS osserva direttamente è il muone. I muoni appartengono alla stessa famiglia di particelle dell'elettrone, sebbene siano circa 200 volte più pesanti. Non vengono fermati dai calorimetri, quindi devono essere costruiti speciali sotto-rivelatori per rilevarli mentre attraversano il CMS. Questi sub-rivelatori sono intercalati con il giogo di ritorno del solenoide. Il grande magnete del CMS ci consente anche di misurare il momento di ciascun muone sia all'interno della bobina superconduttiva (dai dispositivi di localizzazione) che all'esterno (dalle camere dei muoni).
LHC ad alta luminosità
Il progetto High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) mira a potenziare le prestazioni dell'LHC al fine di aumentare il potenziale di scoperte dopo il 2025. L'obiettivo è aumentare la luminosità di un fattore 10 oltre il valore di progettazione dell'LHC.
La luminosità è un indicatore importante delle prestazioni di un acceleratore: è proporzionale al numero di collisioni che si verificano in un dato periodo di tempo. Maggiore è la luminosità, maggiori sono i dati che gli esperimenti possono raccogliere per consentire loro di osservare processi rari. L'LHC ad alta luminosità, che dovrebbe essere operativo entro il 2025, consentirà studi precisi delle nuove particelle osservate al LHC, come il bosone di Higgs. Permetterà l'osservazione di processi rari inaccessibili al livello di sensibilità attuale dell'LHC.  Ad esempio, LHC ad alta luminosità produrrà fino a 15 milioni di bosoni di Higgs all'anno, rispetto agli 1,2 milioni prodotti nel 2011 e 2012.
Il progetto LHC ad alta luminosità è stato annunciato come la massima priorità della “strategia europea” per la fisica delle particelle nel 2013 e il suo finanziamento è sancito dal CERN.
Questo sviluppo dipende da diverse innovazioni tecnologiche. La prima fase del progetto è iniziata nel 2011 con lo studio di progettazione "HiLumi LHC". La prima fase ha riunito molti laboratori degli stati membri del CERN, nonché di Russia, Giappone e Stati Uniti. Gli istituti negli Stati Uniti hanno preso parte al progetto grazie al supporto di LARP (programma LHC Accelerator Research Program).Lo studio di progettazione si è concluso il 31 ottobre 2015 con la pubblicazione di un rapporto di progettazione tecnica, che segna l'inizio della fase di costruzione del progetto al CERN e nell'industria.Il CERN destinerà 950 milioni di CHF del proprio budget per un periodo di 10 anni allo sviluppo del LHC ad alta luminosità.

Il CERN openlab ha già tenuto il suo workshop tecnico annuale, con la partecipazione di rappresentanti del CERN openlab, società e organizzazioni che collaborano nella camera del consiglio del CERN, evidenziando i progressi compiuti dai progetti openlab del CERN attivo nell'ultimo anno.
Il 2018 segna l'inizio della sesta fase triennale del CERN openlab, e una parte del workshop è stata dedicata alla discussione delle future sfide ICT. Questi sono stati raggruppati in tre argomenti: tecnologie e infrastrutture del data center, prestazioni di calcolo e software e apprendimento automatico, analisi dei dati. Le sfide ITC identificate in questi argomenti sono alla base dei progressi in diversi campi di ricerca scientifica e contribuiranno a dare forma al futuro lavoro del CERN openlab.
"Il nostro workshop tecnico annuale è una grande opportunità, - ha affermato Maria Girone, CERN openlab CTO- per tutte le persone che lavorano sui progetti openlab del CERN - compresi i nostri collaboratori dell'industria - con rappresentanti degli esperimenti LHC. Attendiamo quest’anno di collaborazione entusiasmante, lavorando per condurre attività di ricerca e sviluppo congiunte e affrontando le sfide ICT all'avanguardia poste dall'ambizioso programma di aggiornamento di LHC.”



Il segreto dei batteri per catturare il DNA




I batteri sono consumati protagonisti nella difficile arte della sopravvivenza. Sono aiutati in questo dalla loro capacità di assimilare il DNA da ciò che li circonda, che è il loro modo di acquisire costantemente nuove caratteristiche.                                                                                                     I ricercatori del Max Planck Istituto di Biofisica e della Goethe Università di Francoforte hanno acquisito nuove conoscenze sul modo in cui i batteri importano il DNA.

L'assorbimento di materiale genetico estraneo dall'ambiente è un trucco comune utilizzato dai batteri per garantirsi la sopravvivenza. Ad esempio, i batteri possono diventare resistenti alle sostanze che altrimenti li ucciderebbero. In questo modo, la resistenza viene trasmessa da una cellula all'altra. È stato a lungo un mistero come una cellula batterica del tipo, in questo caso, Thermus thermophilus, sia in grado di importare una molecola complessa come il DNA. Il team di Francoforte ha ora raggiunto una meta e quindi ad una svolta per rispondere a questa domanda.

"Abbiamo acquisito le prime intuizioni in una parte di una macchina multi-attacco che lega il DNA." La macchina tira il DNA , - spiega Beate Averhoff - attraverso gli strati esterni della cellula, lo separa in due filamenti singoli e ne assimila uno ". Lavorando con un microscopio crioelettronico con una risoluzione di sette angstrom, è stata chiarita la struttura tridimensionale di questa macchina, nota come un complesso di secretina, in collaborazione con gruppi di ricerca guidati da Werner Kühlbrandt e Gerhard Hummer.

“Il complesso sporge dalla parete cellulare come una pistola e porta una "corona" appena scoperta. Studi genetici hanno dimostrato che la corona non è formata dalla proteina secretina stessa. Tuttavia, le mutazioni nella struttura simile a una pistola fanno sì che la corona si disintegri, in modo che la cellula batterica non sia più in grado di assorbire il DNA.                                                       
"Nella corona -afferma Edoardo D'Imprima (dipartimento di Biologia Strutturale presso l'Istituto Max Planck- Francoforte)- potremmo aver scoperto un interruttore cruciale per il riconoscimento e il legame del DNA".
Si cerca ora di identificare la proteina che forma la corona.
"Questo lavoro sta contribuendo a migliorare la nostra base di dati del DNA. Ma, naturalmente, -ha  affermato D 'Imprima - vogliamo anche identificare strutture che possano inibire il trasferimento del DNA e, ad esempio, arginare la diffusione della resistenza agli antibiotici".



La telenovelas del glifosato


Monsanto: Gostwriter pagati per stabilire la non cancerogenicità del glifosato sui report scientifici
 Report sul Glifosato
Ancora bufera sulla Monsanto, l’azienda che produce il Roundup, il pesticida più utilizzato al mondo. Dietro numerose pubblicazioni scientifiche in cui si afferma la non cancerogenicità del glifosato, ci sarebbero dei gostwriter pagati dalla multinazionale. Una volta conosciuto il verdetto della Commissione europea che ha dovuto decidere sul rinnovo o meno, per altri dieci anni , la Monsanto continua ad essere nell’occhio del ciclone e, dopo la notizia che il report dell’Autorità europea per la sicurezza alimentare (Efsa) sulla non cancerogenicità del pesticida, è stato redatto copiando e incollando parti di un dossier dell’azienda, adesso si parla addirittura di persone pagate per scrivere su riviste scientifiche. Secondo alcune mail che sarebbero dovute rimanere interne e private, dietro alcune pubblicazioni scientifiche ‘indipendenti’ ci sarebbero gostwriter pagati profumatamente per affermare che il glifosato non è cancerogeno. Le mail pubblicate online dimostrano che le recensioni altro non erano che report pilotati. In pratica, dai documenti trapela chiaramente che si chiedeva di mentire e tutto ciò succedeva dopo che, nel marzo del 2015, lo Iarc aveva definito il glifosato come potenzialmente cancerogeno per gli esseri umani e cancerogeno per gli animali. In soccorso della Monsanto, arrivava l'Autorità europea per la sicurezza alimentare (Efsa) ricca di suoi lobbisti stabilendo che ‘è improbabile’ che ci sia un legame tra glifosato e cancro.
Glifosato: i dati in Italia
Nel frattempo, in Italia, i dati ISPRA sul monitoraggio delle acque confermano la sua presenza sia nelle acque superficiali che in quelle sotterranee in percentuali che spesso superano i limiti consentiti, mentre nel suo parere l’ECHA, l’Agenzia europea per le sostanze chimiche che comunque ha dato il via libera al glifosato, ha riconosciuto che provoca seri “danni agli occhi” ed è “tossico con effetti duraturi sulla vita in ambienti acquatici”. In base a questo parere, in realtà l’erbicida risulterebbe incompatibile con gli obiettivi della direttiva UE sull’uso sostenibile dei fitofarmaci e del relativo Piano di Azione Nazionale adottato dal nostro Paese, quanto meno rispetto alla tutela delle acque e degli ecosistemi acquatici.
Glifosato: Una nuova denuncia arriva contro l’erbicida della Monsanto per pubblicità ingannevole. L'UE intanto nega che il pesticida sia cancerogeno e va verso il rinnovo per altri 10 anni. Monsanto porta lo Iarc in tribunale: secondo la multinazionale il glifosato non è cancerogeno. Adesso le cose si complicano sempre più, ma ancora non è arrivata la risposta della Monsanto che ha 30 giorni di tempo per fornire le prove che smentiscano ciò che c’è scritto nelle mail. La documentazione dovrà essere presentata davanti al giudice distrettuale di San Francisco.