Come un pesce fuor d'acqua: le origini dei tetrapodi

Per mostrare che l'ambiente è in grado di innescare e accelerare le trasformazioni comportamentali e morfologiche dei viventi, per esempio quelle della formazione dei tetrapodi dai pesci, nel passaggio avvenuto 400 milioni di anni fa dal mare alla terraferma, Emily Standen, dell'Università di Ottawa, e colleghi, si sono messi ad allevare dei Polipteridi (definiti analoghi dei tetrapodi primitivi) sulla terra, per osservarne i cambiamenti. E i cambiamenti sono compatibili con quelli osservati nei primi tetrapodi, mostrando che la plasticità comportamentale indotta dall'ambiente potrebbe aver facilitato il passaggio dai pesci ai quadrupedi.

Emily M. Standen, Trina Y. Du & Hans C. E. Larsson, Developmental plasticity and the origin of tetrapods, Nature (2014) doi:10.1038/nature13708

Kilobot, gli sciami robotici programmabili

Si chiamano Kilobot e sono piccoli robot capaci di formare sciami composti da migliaia di individui (in questo caso 1.024) che si muovono grazie a motori a vibrazione, comunicano tra loro con i raggi infrarossi e possono da vita a forme bidimensionali, come quelle che si vedono nel filmato qui sotto. Imitano gli sciami, le colonie o gli stormi che esistono in natura e, grazie a un algoritmo, come loro sono capaci di formare strutture complesse.

Un altro aspetto importante di questo studio è stato  la realizzazione di robot a basso costo. Ogni Kilobot  infatti, costerebbe, secondo Mark Zastrow su Nature, circa 20 dollari. Certo, non è ancora un prezzo accessibile alla maggior parte delle persone, considerando che un solo Kilobot può fare poco, nè del resto per ora, oltre disporsi in forme definite, riescono a fare altro. Ma è un risultato importante per la robotica, perchè prelude, per esempio, a robot grandi quanto un granello di sabbia che possono autoassemblarsi e dar vita a qualsiasi forma tridimensionale, come per esempio una chiave inglese, un po' come può fare una stampante tridimensionale. Questo è ciò che pensa Michael Rubenstein, informatico della  Harvard University a Cambridge e autore principale della ricerca uscita su Science, e che lui chiama materia programmabile.

Il lungo viaggio della cultura: 2.600 anni di migrazioni culturali in un'animazione

La cultura  è, per antonomasia, movimento. Di  idee,  concetti, correnti ma, ovviamente, anche degli esseri umani che li hanno prodotti. Ed è proprio quello che hanno voluto investigare Maximilian Schich, storico dell'arte all'Università del Texas a Dallas,  e i suoi colleghi, tracciando i percorsi di più 150 mila persone notevoli dal 600 a.C. ad oggi, segnando il punto in cui sono nati e quello in cui sono morti. Ne è venuta fuori un'animazione, quella che vedete qui sotto, in cui si può osservare una sorta di percorso delle idee, o meglio, un percorso dell'umanità che ha fabbricato quelle idee e dunque una mappa delle influenze e delle migrazioni culturali.

Come spiega Alison Abbott su Nature, l'eterogenea lista include sia personaggi come Solone, giurista e poeta greco nato nel 637 a.C. che Sett Travolta, figlio del più famoso John, nato nel 1992 a Los Angeles e morto prematuramente nel 2009 nelle Bahamas. Certo, resta qualche perplessità sulla scelta di alcuni personaggi da includere (e sul significato esteso di fare cultura) nonchè  sulla capacità che hanno avuto tutti quanti di influire sulla società. Questo, dico, per evitare una semplice mappa degli spostamenti delle persone più che una mappa degli spostamenti delle idee influenti che fanno cultura, insieme alle persone.

Gli archi naturali si formano per sollecitazioni interne

Si è sempre pensato, così inizia questo articolo di Richard A. Lovett su Nature, che gli archi naturali, come quelli di arenaria, per esempio, visibili nella foto qui a fianco, si formassero e fossero modellati grazie all'erosione di vento e pioggia. Ma gli scienziati, si sa, sono poco propensi a dar retta alle opinioni non suffragate dai fatti e allora, dopo aver osservato fenomeni non spiegati da questa ipotesi,  hanno provato a verificare cosa succede ad alcuni blocchi di arenaria quando sono sottoposti all'erosione dell'acqua. Ecco due filmati degli esperimenti condotti con un un blocchetto di arenaria di 10 cm e un peso sovrastante distribuito irregolarmente. Nel primo esperimento si forma una colonna, nel secondo due.

Una lente di ingrandimento cosmica

Il fenomeno della lente gravitazionale, previsto da Einstein nel 1915, è dovuto alla forza di gravità che agisce sulla radiazione elettromagnetica. Un corpo sufficientemente massiccio come un buco nero, un ammasso stellare o, come in questo caso, una nana bianca in un sistema binario, sono in grado di deflettere i raggi luminosi provenienti da una stella proprio come farebbe una lente, deviandoli dalla loro traiettoria originale.

L'effetto è stato osservato da Ethan Kruse e  Eric Agol della University of Washington a Seattle, grazie al telescopio spaziale Kepler della NASA, ed è quello mostrato nel filmato qui sotto, in cui una nana bianca si comporta come una lente di ingrandimento cosmica quando passa davanti alla stella compagna. Si tratta infatti di un sistema binario composto da una nana bianca e una stella simile al Sole che si trovano a 2.600 anni luce dalla Terra, nella costellazione della Lira. Spia di questo effetto lente gravitazionale era stata l'osservazione periodica (5 ore ogni 88 giorni) dell'aumento della luminosità della stella, di appena uno 0,1% ma sufficiente a destare l'interesse degli studiosi.

Ethan Kruse and Eric Agol, KOI-3278: A Self-Lensing Binary Star System, Science 18 April 2014: 344 (6181), 275-277. [DOI:10.1126/science.1251999]

Elizabeth Gibney, White dwarf acts as cosmic magnifying glass, Nature News Apr 17, 2014

video credit Nature Newsteam

Come far innamorare una mosca e controllarne il comportamento con il laser

Lo scopo di questi ricercatori [Barry Dickson e il suo gruppo, dell'Howard Hughes Medical Institute di Ashburn, in Virginia]    non era, ovviamente, far innamorare una mosca nè, tantomeno, prendersi gioco di lei. Soprattutto perchè sarebbe uno scherzo troppo costoso. No, lo scopo è comprendere il funzionamento del cervello. In questo caso, attraverso una tecnica detta termogenetica [vedi http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22119320]  che, insieme a quella optogenetica [vedi http://it.wikipedia.org/wiki/Optogenetica] consente di interagire con i neuroni nell'ordine dei millisecondi  per studiarli durante i loro normali tempi di attivazione, si sono stimolati alcuni neuroni specifici della mosca con il calore, facendola innamorare di una ...pallina di cera. Per chi vuole approfondire, consiglio il riassunto di Sara Reardon su Nature  [http://www.nature.com/news/laser-beam-makes-flies-flirt-1.14794]. Nello specifico, la tecnica consente di attivare una proteina [TRPA1] sensibile al calore in una mosca transgenica.

La scienza è bella: le teorie scientifiche spiegate con le immagini

Utilizziamo, a volte,  aggettivi diversi per concetti simili. Per esempio, per vista e udito  immagini e suoni sono belli, mentre per olfatto e gusto  odori e sapori sono buoni. Ma bello e buono, in questo caso, sono caratteristiche qualitativamente simili e interscambiabili, dato che potremmo sicuramente definire bello un sapore buono che fossimo in grado di vedere o buona un'immagine bella che fossimo in grado di  gustare. Per questo motivo il titolo potrebbe alternativamente essere scritto come La scienza è buona, intesa come  cosa che dà genericamente piacere ai nostri sensi, compreso quello estetico. E in questo modo va interpretato il senso del titolo: il "bella" si riferisce a cosa che colpisce favorevolmente i sensi e che si può applicare, a parità di favore, indistintamente a tutti i nostri sensi.

E' probabilmente questo anche l'intento della mostra realizzata dalla British Library e che riguarda la rappresentazione grafica della conoscenza (scientifica). Grafici, tabelle, infografiche, immagini, fotografie, sono tutti strumenti di grande validità nella comprensione del mondo, ausili a volte indispensabili per sintetizzare o analizzare una gran mole di dati raccolti, che colpiscono, con e per,  la loro bellezza.

Dunque la scienza è bella, che può diventare anche la scienza è bellezza, per il profondo legame che vi è  tra presentazione e rappresentazione della conoscenza scientifica e della natura, che della scienza è oggetto di studio. Perché è bello sia il modo di investigare e presentare lo studio della natura che la natura stessa, catturata dalla nostra volontà di sapere. In questo modo la scienza è bella diventa una condizione particolare di un assunto più generale, cioè la conoscenza è bella, perché al bello si può associare l'utile che proviene dalla necessità, per una gran quantità di organismi viventi, di avere informazioni, di conoscere.

Immunologia della pelle: un'animazione

 Ancora una straordinaria animazione da Nature sull'immonologia della cute, prima barriera contro le aggressioni fisiche e microbiche. Oltre ad impedire sia fisicamente che chimicamente l'accesso di patogeni nell'organismo la pelle è sede anche di diverse patologie, alcune delle quali legate  a un malfunzionamento del sistema immunitario. In questo video vengono ripercorse brevemente le principali  funzioni  del sistema immunitario cutaneo e le disfunzioni cui può andare incontro.

 

Far rimbalzare le gocce d'acqua per restare asciutti: un tessuto super idrorepellente

La natura è sempre una maestra piena di inesauribili suggerimenti. Anche in questo caso, cioè nel creare tessuti resistenti all'acqua, vi sono esempi mirabili, come si vede in questo filmato: il sistema usato dalle farfalle per tenere asciutte le proprie ali, per esempio, è addirittura migliore di quello che sembrava essere il gold standard, cioè quello usato dalle foglie di loto. Il metodo consiste nel far rimbalzare velocemente le gocce d'acqua sulla superficie alare, in modo da minimizzare il tempo di contatto tra l'acqua e il tessuto. Ed è quello che hanno mostrato Bird e colleghi [2013], creando un tessuto super idrorepellente che altera l'idrodinamica della goccia, che rimbalza  più velocemente ritraendosi simmetricamente senza diffondere, diminuendo così il tempo di contatto tra l'acqua e la superficie.

James C. Bird, Rajeev Dhiman,  Hyuk-Min Kwon & Kripa K. Varanasi, Reducing the contact time of a bouncing drop, Nature 503, 385–388 (21 November 2013)

Come funziona una gamba bionica comandata dal cervello

Ecco come potrebbe essere il futuro della sostituzione di arti umani: non un semplice sostituto attaccato al corpo ma un arto bionico integrato, che riceve i segnali dal cervello e risponde come l'originale . Nei due filmati che seguono, tratti da Nature news team, prima si vede un uomo, che ha subito l'amputazione di una gamba  sostituita con un arto bionico, esercitarsi in laboratorio e per strada, poi, schematicamente, il principio di funzionamento dell'arto bionico.

I video giochi in multitasking migliorano le capacità cognitive nell'anziano

Per i giovani e adulti, esercitarsi con video giochi in multitasking  migliora solo le capacità specifiche che riguardano il gioco stesso, lasciando inalterate le abilità di risolvere altri compiti cognitivi, mentre per soggetti sopra i 60 anni l'esercizio con video giochi in multitasking migliora sia le capacità specifiche che quelle cognitive in genere, come memoria a breve termine e attenzione. E' questo il risultato di uno studio pubblicato su Nature [Anguera et al. 2013] che utilizza un video gioco creato specificamente per questo scopo, dal nome NeuroRacer, che consiste nel guidare un'auto su un tortuoso percorso tridimensionale e  nel cliccare un tasto sul joystick quando compare una croce verde accompagnata da una certa figura. Il compito è reso più difficile dal fatto che solo uno tra diversi segnali simili (figure geometriche di diversi colori) richiede di premere il tasto. Ecco un video con le istruzioni per il video gioco e, di seguito, un filmato da Nature video.

Stelle che cantano

Questo è uno degli aspetti straordinari della scienza, la capacità di sfruttare ogni metodica, anche inizialmente non attinente, per trarre più informazioni dalla realtà. E' quello che accade alla luce trasformata in suono, quella delle stelle lontane. Analizzando il sibilo emesso dalla granulazione del gas sulla superficie stellare, gli scienziati possono comprendere la dimensione della stella. Se dalla granulazione provengono pochi sibili (la granulazione è dovuta al moto convettivo del gas sulla superficie stellare  e causa sfarfallii  catturati dal telescopio spaziale Keplero, che poi vengono tradotti in suono), allora la stella è piccola, altrimenti è grande. 

Da Nature video. Il lavoro citato alla fine del filmato è questo: An observational correlation between stellar brightness variations and surface gravity.

Il Meccanismo di Anticitera fatto con i Lego: un video

Il meccanismo di Anticitera è, per ora,  il più antico reperto conosciuto di  calcolatore. Risale circa al 100 a.C. e serviva per calcolare il calendario del Sole e della Luna e di alcuni altri pianeti conosciuti, con estrema precisione. Anche se scoperto all'inizio del XX secolo solo nel XXI ne è stata scoperta la reale funzione di orologio astronomico. Nel 2010 ne è stata realizzata una replica fatta con i mattoncini Lego.

credit nature video

Vedere dietro gli angoli: una camera laser dal Mit

Fra un po' sarà possibile vedere cosa c'è dietro l'angolo, grazie a questa video camera laser e al gioco di sponda. Dal MIT.

Come si sono formati i continenti. Un'animazione

Come si sono formati i continenti: storia degli ultimi 500 milioni di anni. Prima indietro nel tempo poi avanti. Da Nature via Wired.

Enterohemorrhagic Escherichia coli: un'epidemia gestita male?

Su Nature, Marian Turner passa al setaccio la recente epidemia (che per fortuna sembra in attenuazione) di enterohemorrhagic Escherichia coli che ha colpito la Germania, in maniera più consistente, e molte altre nazioni d'Europa in maniera più lieve (Italia esclusa), in un articolo dal titolo Microbe outbreak panics Europe (Il contagio di un microbo getta nel panico l'Europa) il cui sottotitolo è ancora più esplicito Spread of rare Escherichia coli strain raises questions over surveillance of infectious diseases ovvero La diffusione di un raro ceppo di Escherichia coli solleva interrogativi sulla sorveglianza delle malattie infettive.

I punti sui quali indirizza la sua attenzione sono questi:

• Lentezza della segnalazione. Il primo malato è stato ospedalizzato il 1° maggio, secondo il Robert Koch Institute (RKI, l'agenzia federale per la sorveglianza sulle malattie infettive) però solo il 22 maggio è arrivata la segnalazione di un inusuale numero di contagi  da Ehec alla Ecdc (European Centre for Disease Prevention and Control). Di solito, nota A. Fruth del RKI, occorrono 14 giorni per segnalare un'epidemia.
• Tra le cause di questo ritardo il fatto che la malattia causata da Ehec solitamente non colpisce gli adulti, ed è stata confusa, inizialmente, con un'infezione da Salmonella. In più, il batterio presentava comportamenti inusuali rispetto ai tipici ceppi di Ehec, il che ne ha ostacolato l'identificazione. Per questo motivo e anche per il fatto che i laboratori locali inviano rapporti settimanali, l'identificazione -E. coli ceppo O104:H4-  si è avuta solo il 25 maggio.
• Flemming Scheutz, a capo del  World Health Organization Collaborative Centre for Reference and Research su Escherichia e Klebsiella a Copenhagen, dice che l'identificazione sarebbe stata più veloce  se si fosse usata la tecnica della PCR (polymerase chain reatcion) per aumentare il materiale genetico del batterio trovato nelle feci dei pazienti, tecnica non ancora molto usata sui singoli pazienti.
• Una segnalazione più rapida permette a ospedali e laboratori di comprendere la situazione più tempestivamente. Dal 1993, il Cdc (Center disease control) di Atlanta, in seguito a un'epidemia di E. coli, si è dotato di una piattaforma di sorveglianza rapida chiamata PulseNet e, grazie al sua database, è possibile confrontare l'impronta molecolare dell'infezione in corso con quelle conosciute. L'epidemiologo Christopher Braden afferma che, in questo modo, il numero delle epidemie riconosciute è raddoppiato, portando spesso ad un'identificazione precoce dell'agente patogeno.

Ecco i link ai precedenti articoli

L'ineffabile batterio killer E. coli: nemmeno nei germogli di soia

Forse identificati i vettori del "batterio killer"

Infezione da Escherichia coli: una mappa interattiva

OMS: il focolaio epidemico in Germania causato da nuovo di E. coli

E' possibile controllare o leggere i nostri sogni?

Lobo Medio Temporale

Oppure, è possibile controllare con la mente delle immagini sullo schermo di un computer? A leggere questo lavoro di Moran Cerf (Cerf et al. 2010) sembrerebbe di si.Lo studio è stato compiuto su soggetti che dovevano essere operati al cervello a causa di una epilessia resistente ai trattamenti farmacologici. Sono stati impiantati 64 piccoli elettrodi nel Lobo Medio Temporale. L'area, che include l'ippocampo, è sia responsabile di focai epilettici che sede dei cosiddetti "neuroni della nonna".

I neuroni della nonna o grandmother cell sarebbero dei neuroni che rispondono a un solo stimolo complesso, come appunto la nonna, o Marilyn Monroe e così via. La definizione appartiene a Jerry Lettvin che nel 1969 la usò in suo corso al celebre M.I.T.. Se vuoi saperne di più vai a Genealogy of the“Grandmother Cell”di Charles Gross (full article in pdf).

Lobo Temporale e Ippocampo

A 12 di questi soggetti sono state mostrate delle fotografie su uno schermo e sono stati individuati i singoli neuroni che si attivavano quando i soggetti osservavano ciascuna fotografia. Alla fine sono state scelte 4 fotografie. L'esperimento vero e proprio cominciava ora. Due di queste immagini erano sovrapposte una con l'altra e ai soggetti veniva chiesto di pensare a una delle due immagini sovrapposte cercando di aumentarla a scapito dell'altro. Attraverso gli elettrodi veniva registrato l'aumento del potenziale dei neuroni coinvolti nel tentativo, che era riversato poi sull'immagine duplice nello schermo. Il risultato era, nel 65% dei casi circa, che la fotografia aumentata rimaneva l'unica visibile, mentre l'altra spariva. I soggetti hanno poi raccontato di aver usato diverse tecniche, dalla dissolvenza dell'immagine da cancellare al pensare intensamente a quella da aumentare, sta di fatto che per ognuno è stato fondamentale il feedback che gli inviava lo schermo, che cambiava mano a mano che i soggetti si concentravano sul compito.

Da qui il titolo dell'articolo On-line, voluntary control of human temporal lobe neurons, che sta a significare un controllo volontario sulla competizione di diverse immagini che cercano di emergere alla coscienza. Questo significa che possiamo controllare ciò che vogliamo far emergere alla coscienza? E, conseguenza di questo controllo, se riuscissimo a creare una mappa neurone-immagine, potremmo osservare su uno schermo quello che sogniamo? Presto per dirlo. Comunque questa interazione uomo-macchina potrebbe essere utile in futuro per parlare con pazienti bloccati, che non riescono a comunicare, o con chi è tetraplegico (tecnica già utilizzata) e così via.

Ecco il video che mostra i vari tentativi, sia quelli andati a buon fine che quelli no.