Curiosità sul cervello, l’elaboratore più avanzato al mondo: Specifiche tecniche

Rubrica: Neuroscienze
Titolo o argomento: Curiosità sul cervello, l’elaboratore più avanzato al mondo

Ipotizziamo scherzosamente, per un istante, che il cervello umano sia riducibile ad un dispositivo altamente tecnologico dotato di struttura omologata, funzioni standard, assorbimenti energetici classificati e caratteristiche tecniche semplificate analoghe per tutti, quali valori riporterebbe la sua targhetta delle specifiche? Riportiamo tali numeri di seguito in un nutrito quanto stuzzicante elenco di riferimento. Numeri che, in realtà, variano da persona a persona non essendoci al mondo un cervello uguale all’altro.

Specifiche tecniche del cervello umano*

Massa: 1,35 kg ovvero, mediamente, il 2% della massa corporea
Volume: 1,7 litri
Lunghezza: 167 millimetri
Larghezza: 140 millimetri
Altezza: 93 millimetri
Quantità di Neuroni: 86.000.000.000
Diametro dei Neuroni: 4-100 Micron
Potenziale elettrico di riposo dei Neuroni: -70 millivolt
Pompe di sodio per Neurone: 1.000.000
Numero di Sinapsi: >150.000.000.000.000
Rapporto materia grigia / materia bianca nella corteccia: 1:1,3
Rapporto Neuroni / Cellule gliali: 1:1
Numero di Neuroni nella corteccia cerebrale (donne): 19.300.000.000
Numero di Neuroni nella corteccia cerebrale (uomini): 22.800.000.000
Perdita di Neuroni della corteccia: 85.000 al giorno
Lunghezza totale delle fibre mielinate: 150.000 chilometri
Superficie totale della corteccia cerebrale: 2500 centimetri quadrati
Numero di Neuroni della corteccia cerebrale: 10.000.000.000
Numero di Sinapsi della corteccia cerebrale: 60.000.000.000.000
Strati della corteccia cerebrale: 6
Spessore della corteccia cerebrale: 1,5-4,5 millimetri
Volume del liquido cerebrospinale: 120-160 millilitri
pH del liquido cerebrospinale: 7,33
Numero di nervi cranici: 12
Flusso sanguigno: 750 millilitri/secondo
Consumo di ossigeno: 3,3 millilitri/minuto
Consumo energetico: >12,6 Wh
Velocità massima degli impulsi elettrici: 720 km/h
Temperatura operativa: 36-38°C

*Valori medi.

Fonti:
Articolo a cura di Raffaele Beradi.
Dati inerenti il cervello a cura di:
Marco Magrini, Cervello. Manuale dell’utente. Giunti, Firenze 2017.
Dott. Gianvito Martino, Neurologo e Direttore della divisione di Neuroscienze dell’Istituto Scientifico Universitario San Raffaele di Milano.
John Medina – Molecular biologist | Ibcn Cnr.

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Omologare il tuo prototipo di veicolo come Esemplare unico o Piccola serie – Parte 1

Rubrica: DIY – Do It Yourself

Titolo o argomento: Se hai lavorato duro forse c’è una strada per realizzare il tuo sogno

Sei un matto come me ed hai costruito (o stai progettando/costruendo) un’automobile con le caratteristiche che desideravi e che magari non hai trovato in commercio? Hai disegnato una special car o una supercar da bambino ed hai studiato ad Ingegneria tanto da apprendere come progettarla e realizzarla? Desideri omologare e targare il tuo veicolo per far fluire la tua passione lungo le strade di tutto il mondo?

Se hai studiato a fondo, disponi degli strumenti adatti di progettazione e delle attrezzature necessarie alla costruzione di un veicolo (o di partner idonei per portare a compimento un tale e affascinante progetto), forse non sei tanto matto ma, più che altro, ami cantare fuori dal coro (e sappiamo ormai che questa è una condizione necessaria per la realizzazione dei propri obiettivi e, nei casi migliori, dei propri sogni coltivati sin da bambini).

E non è tutto. Forse non lo sai ma puoi ottenere una particolare omologazione per il tuo veicolo in qualità di “unico esemplare” e, persino, ove necessario per stuzzicanti progetti, l’omologazione in “piccola serie”. Il compito non è dei più facili e richiede una forza di volontà non indifferente ma… è fattibile. E questo è l’importante affinché l’unica cosa che ti divida dal tuo sogno sia solo la tua volontà e le tue capacità progettuali. Se desideri circolare per strada con un veicolo da te disegnato, progettato e costruito, lo potrai fare a patto che questo rispetti tutti i requisiti fondamentali della Direttiva – quadro Europea 2007/46/CE.

Considerando che non stiamo citando il caso di modifiche a veicoli esistenti, quindi non parliamo di modifiche relative alle dimensioni delle ruote, né di variazioni nel powertrain (gruppo motore-trasmissione), né tantomeno estetiche, tieni conto che puoi intraprendere prevalentemente 3 tipi di percorsi sicuramente complessi, impegnativi e che richiedono un investimento economico da poche migliaia d’euro fino ad oltre 10-15.000 euro. Strade di cui vi parleremo mostrandovi tutti i dettagli ed i riferimenti con i contatti telefonici degli enti da consultare e dei loro responsabili a cui porre (con moderazione) le dovute domande (sensate*).

*E’ inutile cercare di omologare materiale costruito male, non testato, insensatamente potente, instabile, pericoloso, sprovvisto dei dispositivi di sicurezza necessari e della necessaria ingegnerizzazione.

In realtà vi è persino un 4° percorso che però non tratteremo perché è quello che prevede il passaggio mediante la motorizzazione civile. Personalmente lo considero rischioso in quanto è molto difficile reperire il personale incaricato, è molto difficile riuscire ad ottenere un’assistenza completa, è molto difficile ottenere risposte chiare, è molto difficile calcolare i tempi, è molto difficile reperire direttive precise che offrano la certezza di riuscire ad omologare “qualcosa”, con una “precisa” spesa ed in “tempi calcolati” con la stessa precisione con cui avete calcolato la rispondenza del vostro veicolo alle specifiche richieste, è molto difficile effettuare un ricorso qualora il vostro veicolo risultasse rispondente alle direttive ma non foste riusciti ad ottenerne l’omologazione, è molto difficile (e senza alcuna ragione di buon senso)… tutto. Rischiereste in sostanza di essere stati dei bravi progettisti, di quelli che mantengono la parola data e le scadenze previste e di veder scemare il vostro impegno nel vano. Non vi racconto il mio caso perché è da “scristianirsi”.

Quindi, nel seguito di questa rubrica vi riporteremo tutti i dettagli, tutti i riferimenti, tutti i contatti, tutto quel che dovete setacciare per riuscire nell’omologazione del vostro “esemplare unico” nel caso che questo sia realizzato correttamente. Sappiate già da ora che non si tratta di una follia, è assolutamente una procedura prevista dalla Comunità Europea e, rivolgendosi agli organi della Comunità Europea stessa, potete omologare il vostro sogno.

D’altra parte mi verrebbe allo stesso tempo da dirvi: “Ma chi ve lo fa fare? Avete la fortuna di aver realizzato la vostra special car o supercar esente da tasse, iva, bollo, immatricolazione, valutazioni su come fate a permettervela (certo, se ve la costruite da soli… c’è poco da verificare), andateci in pista in pace, no? Finalmente liberi… Oppure parcheggiatevela in sala, in camera da letto, davanti alla vostra scrivania a lavoro, nel giardino condominiale, in mezzo alla rotatoria che detestate (così da darle finalmente un senso)”.

Eppure un motivo per l’omologazione c’è (ragione principale di questo articolo): potreste aver desiderio di costruire il vostro veicolo esente dai “vizi” dell’attuale mercato, potreste aver desiderio di dotarlo della tecnologia che negli autosaloni costa eccessivamente o non è ancora arrivata, potreste aver trovato la vostra soluzione equilibrata tra dimensioni e massa del veicolo e powertrain installato ottenendo i “vantaggi” desiderati pur con bollo e assicurazione modesti.

Insomma se siete bravi ingegneri, bravi periti, bravi tecnici, potreste avere buone ragioni per fare qualcosa che è in vostro diritto fare.

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Omologare il tuo prototipo di veicolo come Esemplare unico o Piccola serie – Parte 1
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La Barchetta P538 della Scuderia Bizzarrini di Livorno, sconosciuta ai novelli è in realtà oggetto di desiderio dei più sfegatati appassionati del settore.
progettata da Stefan Schulze insieme a Giotto Bizzarrini. Chi è Giotto Bizzarrini?!?!? avete presente l’auto leggenda battuta all’asta come la più costosa di tutti i tempi? La Ferrari 250 GTO? Bene è un progetto di Giotto Bizzarrini (e non poteva esserci nome più azzeccato per un’Artista, Ingegnere, Designer e Imprenditore italiano).
Realizzate il vostro sogno e fatelo sfilare…

Macchine Molecolari Naturali, Parte 4: Conseguenze della fisica alla scala nanometrica

Rubrica: Bioingegneria e Biotecnologie

Titolo o argomento: Macchine meccaniche delle dimensioni di molecole

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Prima di passare ad una descrizione più dettagliata dei movimenti (lineari, rotatori, di trasformazione…) delle Macchine Molecolari Naturali, occorre fermare un momento l’attenzione su alcuni aspetti di carattere fisico ed energetico che renderanno un po’ più intuitivo l’inimmaginabile. Cosa accade alla Fisica quando si raggiunge la scala nanometrica, cambia?
Non esattamente. Infatti, se le leggi fisiche che regolano la materia rimangono esattamente le stesse, a cambiare sono invece le conseguenze pratiche che si verificano (su ciò che osserviamo) a mano a mano che cambiamo scala. Sono quindi le conseguenze, che precise leggi fisiche hanno, a dipendere fortemente dalla scala dimensionale alla quale ci troviamo. Subito alcuni rapidi chiarimenti.

Nel mondo macroscopico siamo soliti notare gli effetti che “gravità” e “inerzia” hanno sugli oggetti che maneggiamo continuamente; ebbene, nel mondo nanometrico, dove la massa delle molecole è estremamente piccola, questi effetti diventano trascurabili. Viceversa le interazioni intermolecolari, che nel mondo macroscopico sono irrilevanti, diventano di primaria importanza nel mondo nanometrico. Per meglio comprendere basti pensare ai gechi. Le loro zampe sono in grado di aderire in maniera strabiliante ad una grande varietà di superfici. Questo non è dovuto a ventose o liquidi, bensì, molto più semplicemente, a interazioni elettromagnetiche che hanno luogo tra le rugosità delle superfici calpestate e la formidabile conformazione del tessuto presente sotto le loro zampe. Questo tessuto è dotato di “migliaia di setole per millimetro quadrato” le quali, a loro volta, sono costituite da filamenti ancora più piccoli, le fibrille, il cui diametro è di appena 1,5 micron (pressappoco un diametro 50 volte inferiore a quello di un capello).

Un simile “trucco” della Natura offre un tornaconto non da poco: una grande area di contatto, ricavata tra le rugosità (anche minime) delle superfici toccate, che sfrutta per l’adesione interazioni elettromagnetiche conosciute con il nome di Forze di Van der Waals.

Ma le differenze non finiscono qui. Il calore, ad esempio, a livello nanometrico fluisce molto più rapidamente e, ancora, nel mondo macroscopico un tornio, un robot, un motore a combustione interna possiedono due caratteristiche che scompaiono nelle macchine molecolari del mondo nanometrico: sono dotati di corpo rigido ed il loro funzionamento avviene in presenza anche di forti differenze di temperatura con l’ambiente in cui operano.
Ne sono un tipico esempio il pesante basamento di un tornio entro il quale sono rigidamente vincolati i movimenti del mandrino, della trasmissione o della torretta portautensili, così come la distribuzione, il manovellismo e la trasmissione dei motori a combustione interna. Sistemi dotati di organi che si muovono in moto rotatorio, alterno, o combinato, rigidamente vincolati (tra basamenti, monoblocchi, testate…) affinché possano svolgere il loro compito correttamente. Al contrario le macchine molecolari sono formate da parti estremamente flessibili che operano a temperatura costante, ovvero quella dell’ambiente in cui si trovano. Ma non solo…

E’ affascinante osservare come le macchine molecolari naturali siano perennemente sottoposte ad un moto disordinato delle molecole, il moto browniano (da Robert Brown, botanico scozzese, che lo scoprì ai primi dell’800). Gli effetti del moto browniano sono irrilevanti nei movimenti che osserviamo nel mondo macroscopico ma diventano considerevoli se ci portiamo alla scala nanometrica.

In quest’ultimo punto risiede una delle principali chiavi di comprensione del movimento meccanico delle Macchine Molecolari Naturali. Le molecole di un liquido (ricordiamo che ci troviamo dentro le cellule che potremmo, in questo momento e con estrema cautela, definire delle sacchette d’acqua) sono sottoposte ad un moto, incessante e disordinato, a zig-zag, che, come abbiamo introdotto, prende il nome di moto browniano.
Esso è la manifestazione diretta del movimento termico delle molecole del liquido. A livello nanometrico il moto browniano delle molecole è immaginabile come una sorta di terremoto che aumenta all’aumentare della temperatura e che può essere arrestato solo allo zero assoluto (-273,15°C). In questo sisma è molto difficile per una Macchina Molecolare Naturale eseguire un preciso movimento analogo ad esempio a quello di un braccio meccanico che si estende, raccoglie qualcosa e si contrae.
Per riuscirci la Natura adotta un geniale stratagemma sfruttando una intelligente combinazione di energie: quella del moto browniano come energia intensa di spinta (quella che nel mondo macroscopico permetterebbe ad un braccio meccanico di sollevare un pesante carico) e quella dell’ATP* (Adenosina Trifosfato ovvero il composto energetico richiesto dalla quasi totalità delle reazioni metaboliche endoergoniche) come energia che, seppur a confronto modestissima, è importante per “orientare le scosse di terremoto” affinché il movimento nella direzione desiderata, ovvero quella utile a compiere il lavoro richiesto, diventi più probabile nel “sisma”.

*Grossolanamente potremmo dire che l’ATP è l’energia che alimenta il metabolismo (delle cellule) ovvero che alimenta il complesso di reazioni biochimiche di sintesi ( anabolismo ) e di degradazione ( catabolismo ), che si svolgono in ogni organismo vivente e che ne determinano l’accrescimento, il rinnovamento, il mantenimento.

Così è facile comprendere come le macchine molecolari naturali, sebbene ruotino, scorrano e si trasformino (in senso lato) come i complessi macchinari di una fabbrica a dimensione d’uomo, non ne rappresentano (in senso stretto) una versione ridotta in scala. Questo proprio perché bisogna confrontarsi con il cambiamento delle proprietà e del comportamento della materia una volta raggiunta la scala nanometrica.

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Non puoi inventare ciò che non esiste
Quanti tipi di forze conosci?

Macchine Molecolari Naturali, Parte 1: Congegni, interruttori, attuatori e motori – Intro
Macchine Molecolari Naturali, Parte 2: Biologia e Nanotecnologia
Macchine Molecolari Naturali, Parte 3: Una fabbrica dentro le cellule
Macchine Molecolari Naturali, Parte 4: Conseguenze della fisica alla scala nanometrica
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I sensi delle piante: intro

Rubrica: Neurobiologia vegetale

Titolo o argomento: Le piante, esseri senzienti come noi… più di noi

E’ primavera, ti trovi nel tuo studio finalmente immerso nella pace, la pace dei “sensi”. Ti dedichi a qualche lettura, rovisti tra le tue scartoffie, riesumi qualche buon vecchio progetto forse mai realizzato, metti in ordine libri che hai letto decine di volte e poi dimenticato.
Quella calda mensola di legno sostiene dei piacevoli ricordi, l’altra, con meno polvere, raccoglie gli oggetti che usi più di frequente. La poltrona sembra più comoda quando in casa è tutto silenzio e i vicini, magicamente, sembrano scomparsi.
La finestra è aperta, si sente solo qualche auto in lontanza, le onde sonore si confondono al punto da sembrare quasi onde del mare. Il silenzio è tale che riesci a sentire il ticchettio dell’orologio appeso nell’altra stanza. Sembra un’altra dimensione, non senti calore in eccesso e nemmeno fresco da coprirti di più, la temperatura appare perfetta, la tua ideale, quella che pensi: “Forse la vorrei tutto l’anno ma… se così fosse, non sarebbe più speciale, non l’apprezzerei al punto da definirla cornice di un piccolo angolo di paradiso in terra”.
Un alito di brezza leggera fa capolino sul marrone caldo della finestra che si scosta leggermente per lasciarla passare. Ti prende un sinuoso brivido lungo la schiena che poco sotto la pelle viene trasformato nel raro ed esatto segnale elettrico che accende nella tua mente la spia della giornata perfetta.
Foglie secche trapassate evolvono e si avvolgono con l’aria massaggiando il cortile. E’ Gennaio ma la Natura fuori sembra già prepararsi per uscire dal letargo, per riprendere vita, per dare inizio ad una nuova inaspettata grande attività. Un’attività nascosta in evidenza.

Un suono netto, definito, interrompe per un istante questo momento surreale. Un tonfo secco, aperto, di un urto, si infrange poco vicino la tua finestra. Un pallone rimbalza e cade nella tua stanza. Un inaspettato tuono fende l’equilibrio aulico raggiunto, e quello di tutti i tuoi sensi, nello spazio dove ti sei lasciato andare alla vulnerabilità, e dove ti sei aperto al pensiero meditativo, provocando una repentina reazione di spavento.
La palla collide con il suolo, l’urto riemette energia anche sotto forma di onda sonora, i timpani si mettono in vibrazione, il battito cardiaco aumenta, inizia istantaneamente la produzione di adrenalina; l’istinto primordiale ti mette in guardia, le pupille si dilatano, il cervello fa un primo confronto tra le vibrazioni del timpano destro e quelle del sinistro per scovare l’origine, la direzione di provenienza dell’onda sonora. Nello stesso istante altre sinapsi hanno già messo in collegamento il suono percepito con quelli memorizzati nella libreria della mente. Un attimo prima di focalizzare la vista sul pallone a terra, il cervello ha già realizzato di cosa più probabilmente si stia trattando e ha già avviato i ricordi, seppur modificati dal tempo, che possono permettere di effettuare la ricostruzione più probabile dell’accaduto… pur non avendo ancora visto.
L’oggetto viene ora inquadrato, la radiazione luminosa emessa viene rilevata dalla retina dove milioni di microinterruttori, simili a quelli del sensore di una macchina fotografica, si attivano e disattivano per formare l’immagine che la mente confronterà con quelle già acquisite in passato per dare un “senso” a ciò che vede. L’oggetto è ormai definito, le sue geometrie, i suoi colori sono stati elaborati dal cervello che lo riconosce: è un pallone.
Guardare non è sufficiente, la mente deve elaborare di cosa si tratta per “vedere” realmente. Per sapere, per prendere coscienza, conoscenza, per cessare la produzione di adrenalina, per lasciare che il battito cardiaco decresca e le pupille si ridimensionino, per annullare lo stato di allerta.

Ti dirigi verso la palla, la raccogli e senti al tatto che non è di plastica… una buona vecchia palla di cuoio. Ecco perché quel tonfo più cupo… è gradevole al tatto, accende diversi ricordi piacevoli, persino olfattivi, persino gustativi, perché qualcuno, quando si giocava con quella palla, in casa faceva le lasagne.
Il solo pensiero attiva i succhi gastrici, prepara l’insulina, stimola l’acquolina in bocca ma, presto, il richiamo del bambino che rivuole la palla, ci distrarrà mettendo in pausa la tempesta di scariche elettriche che ha invaso una moltitudine di zone del cervello “attivandolo”. Così si è liberato il desiderio di uscire per una passeggiata, dare la palla al ragazzino, chiedergli cortesemente di fare attenzione ai vetri e, nel dubbio, chiudere le finestre per poi andare probabilmente in garage a riesumare la vecchia sempreverde compagna a due ruote, probabilmente, molto probabilmente, con le gomme sgonfie.

In un racconto come questo mai immagineremmo che le piante del cortile possano aver percepito e vissuto la scena con i protagonisti. Mai penseremmo che possano aver in qualche modo “visto” la scena. Mai immagineremmo che possano aver “udito” le onde sonore del pallone, le foglie a terra che rotolano trasportate, “sentito” il vento, “annusato” i feromoni emessi dal ragazzino nel timore di essere sgridato. Mai penseremmo che esse possano essersi persino “allertate” iniziando a comunicare ai diversi organi della singola pianta e alle piante attorno un possibile pericolo. Mai lo penseremmo, specie dopo la descrizione delle sensazioni dell’uomo nel suo studio che può facilmente richiamare una moltitudine di ricordi, per certi tratti simili, nella nostra mente.
E, invece, sono spiacente per chi ha capito dove voglio arrivare ma anziché essersi appassionato naviga nell’incredulità, le piante hanno i sensi, gli scienziati li studiano e confermano che sono persino di più dei nostri 5 sensi riconosciuti. Sono addirittura 20 i sensi oggetto di studio nelle piante e per molti versi, i principali, non sono poi così differenti dai nostri.

Una pianta è molto, ma molto, di più di quel che siamo soliti pensare. Un organismo, una popolazione di organismi che, nel silenzio e la discrezione più totale sono arrivati ad evolversi persino più di noi riuscendo a fare, nella loro “apparente immobilità”, azioni di una complessità inimmaginabile. Ma oggi divagheremo nella fantasia se solo gli scienziati non le avessero studiate lasciando nelle loro menti spazi aperti a sorprese inaspettate.

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Macchine Molecolari Naturali, Parte 3: Una fabbrica dentro le cellule

Rubrica: Bioingegneria e Biotecnologie

Titolo o argomento: Macchine meccaniche delle dimensioni di molecole

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Ora iniziamo ad avere una vaga idea di cosa siano i sistemi supramolecolari ma un esempio renderà tutto più semplice. Avete mai sentito la parola enzima? Sono sicuro di sì, almeno in qualche documentario o giornale scientifico di divulgazione per amatori. Ma cosa sono esattamente gli enzimi? Se li avessimo davanti agli occhi, ingranditi nel mondo macroscopico, cosa vedremmo?

In sostanza gli enzimi sono sistemi supramolecolari molto complessi, dei veri e propri “macchinari” posizionati all’interno delle cellule al fine di soddisfare i bisogni delle cellule stesse. Si tratta di veri macchinari fatti di molecole le quali compiono movimenti meccanici sotto l’azione dell’energia chimica (o, come vedremo nei prossimi articoli, dell’energia elettrica o di quella luminosa). Questi movimenti meccanici possono essere semplici, come rotazioni o spostamenti lineari, oppure possono essere complessi e tra loro interconessi al fine di eseguire cambiamenti di forma, sequenze ordinate di movimenti, spostamenti, reazioni, trasformazioni, trasduzioni, scambi, ecc..

Si assolvono così funzioni quali ad esempio:
compiere reazioni chimiche per trasformare delle molecole in altre utili alla vita;
trasportare materiale molecolare;
copiare ed effettuare operazioni di trasduzione del codice genetico nelle proteine;
scambiare informazioni con altre cellule;
compiere movimenti macroscopici (come l’estensione e la contrazione dei tessuti muscolari);
permettere al cervello di pensare.

Tutte conseguenze di movimenti che avvengono a livello molecolare grazie a macchinari composti da mattoncini di molecole che possono interagire tra loro come i macchinari di una grande fabbrica automatizzata.

Pertanto le Macchine Molecolari Naturali (o Bionanomacchine) sono dei macchinari meccanico-chimici più noti con il nome di Enzimi. Un enzima è una proteina con capacità avanzate, nella fattispecie con la capacità di formare un complesso supramolecolare (quindi un macchinario) con una molecola più piccola per poi modificarla (e ricavarne un prodotto finito con precise funzioni richieste dalla cellula).
A sua volta una proteina è un assieme di molecole costituite da catene ripetitive (quindi modulari) di aminoacidi, quest’ultimi possono essere presenti in poche unità fino a migliaia a seconda delle funzioni per le quali vengono assemblati.
Ogni molecola ha la particolarità di contenere al suo interno tutte le informazioni sulle sue caratteristiche (come una sorta di libretto contenente tutte le “specifiche di fabbrica” che permettono di capire, a chi vi si avvicina, cosa tale molecola può fare e come); pertanto ogni molecola ha precise proprietà che possono essere richiamate quando interagisce con altre molecole o quando riceve segnali esterni come quelli elettrici o quelli luminosi.
Al loro incontro le molecole sono in grado di leggere le rispettive informazioni (riconoscimento molecolare) in modo tale da formare all’occorrenza sistemi supramolecolari (composti da due o più molecole), o aggregarsi formando nuove specie o, ancora, ignorarsi laddove non vi sia alcuna utilità.

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Animazione

L’immagine riportata in basso è tratta da una sequenza animata che trovi al link riportato di seguito. La spettacolarità di questa animazione sta nel fatto che permette di apprezzare il movimento vibrante delle molecole. Capiremo nei prossimi articoli cosa alimenta questo movimento e come si fa per orientarlo, ad esempio, in maniera similare ad un braccio robotico.

https://www.youtube.com/watch?v=yk14dOOvwMk

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Macchine Molecolari Naturali, Parte 1: Congegni, interruttori, attuatori e motori – Intro

Rubrica: Bioingegneria e Biotecnologie

Titolo o argomento: Macchine meccaniche delle dimensioni di molecole

Qualche tempo fa scrissi un articolo che si intitola “Non puoi inventare ciò che non esiste” (vedi in basso i Link correlati). Al suo interno citavo alcuni esempi di cose che l’uomo crede di aver inventato e che in realtà ha solo scoperto. L’obiettivo era quello di comunicare che l’Uomo si ispira a ciò che trova e osserva in Natura per le sue “invenzioni” (o scoperte).

Tra gli esempi esposti ne mancava uno che è a dir poco sbalorditivo: le Macchine Meccaniche di scala “nanometrica” presenti in Natura. Nanometrico significa di dimensioni dell’ordine del Nanometro, il Nanometro altro non è che la milionesima parte del millimetro o, se preferite, la miliardesima parte del metro. Questo significa che potete prendere tra le mani un righello, osservare un singolo millimetro e immaginare di dividerlo 1 milione di volte per arrivare alle dimensioni di queste strabilianti Macchine Meccaniche Naturali dette Macchine Molecolari.

Se ora vi sentite un po’ interdetti sappiate che la risposta è Sì, stiamo parlando di veri e propri macchinari, delle dimensioni di gruppi di molecole, che svolgono funzioni del tutto simili a quelle che l’Uomo ripropone (inconsapevolmente) nelle sue fabbriche a partire dalla Rivoluzione industriale e che sono contenute in piante e animali, quindi anche dentro di voi.

Esse svolgono funzioni quali ad esempio trasportare molecole ingerite con il cibo o con il respiro, estrarre da tali molecole l’energia necessaria per permettere i movimenti, convertire le molecole che poi generano la struttura ed i tessuti di un organismo, riparare danni… passando per attività strabilianti come la sintesi dell’ATP (che vedremo nel dettaglio più avanti) mediante veri e propri motori elettrici nanometrici (dotati quindi di statore e rotore) alimentati da ioni a idrogeno (spesso erroneamente definiti motori a protoni), fino alla gestione dei sensi, delle sinapsi, del pensiero, possibili grazie a veri e propri interruttori molecolari che si attivano e si disattivano, ad esempio nella retina, per poter riconoscere le lettere che compongono anche le parole di questo articolo.

L’intero funzionamento del corpo umano, così come quello delle piante (che, come vedremo in uno dei prossimi articoli, gli scienziati hanno dimostrato dispongono di capacità decisamente superiori rispetto a quanto siamo soliti immaginare…), è orchestrato da congegni molecolari capaci di lavorare con elevata efficienza, rapidità e precisione i quali moltissimo hanno in comune con i nostri motori elettrici, con gli attuatori presenti nelle fabbriche automatizzate, con i microinterruttori presenti nei processori e, addirittura, con gli strumenti presenti nei nostri laboratori. Ora l’Uomo comincia persino ad imparare a riprodurre artificialmente queste Macchine Molecolari per impieghi nei campi della Bioingegneria e della Biotecnologia, si parla in questo caso di Macchine Molecolari Artificiali di cui vedremo esempi sorprendenti.

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Immagine

Nell’immagine è rappresentato un Motore Molecolare Naturale, il suo funzionamento è molto simile a quello dei nostri motori elettrici; ne sono presenti una moltitudine “installati” nei nostri Mitocondri, ovvero all’interno di ciò che potremmo definire la “centrale energetica” delle nostre cellule. Grazie a questi Motori Molecolari Naturali viene prodotta energia sotto forma di ATP (Adenosina Trifosfato) di primaria importanza per il nostro organismo perché necessaria per svolgere qualsiasi tipo di lavoro biologico. Ne vedremo il funzionamento in dettaglio nei prossimi articoli.

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Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Astronomia

Rubrica: Eventi

Titolo o argomento: Partire dai fondamenti per dirigersi verso il futuro

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L’area che vi introduce alla Scienza dei più suggestivi interrogativi dell’uomo, l’Astronomia, ospita strumenti e tecnologie con cui si è dato inizio all’esplorazione dei fenomeni celesti. Dal telescopio alle mappe (del mondo e delle stelle), dai satelliti alle sonde, da un modello di grandi dimensioni di VEGA ad un campione di combustibile, da un collegamento video in tempo reale con la Stazione Spaziale Internazionale (dove potrebbe accadervi di veder passare realmente un astronauta) passando per un frammento di pietra lunare…

Di seguito pubblichiamo solo un cenno dell’affascinante esposizione del Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo da Vinci così da non rovinarvi la sorpresa. Trovate maggiori informazioni sul sito ufficiale e in particolar modo alla pagina: http://www.museoscienza.org/visitare/spazio/

Confidiamo in futuro di trovare anche la ricostruzione di percorsi esplorativi effettuati su Marte dai Rover, non sarebbe male ricorrere all’uso di modelli realmente funzionanti e programmati con un demo che mostri come funziona un Rover, i rilievi effettuati, i dati acquisiti, le difficoltà incontrate e interessanti curiosità…

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Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Generatore elettrico a vapore
Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Leonardo da Vinci
Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Agraria
Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Farmacia
Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – Macchine da cucire

  

Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” – CERN

Rubrica: Eventi

Titolo o argomento: Partire dai fondamenti per dirigersi verso il futuro

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Lo spazio che il Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia “Leonardo da Vinci” dedica all’Organizzazione europea per la ricerca nucleare, più nota come CERN, è eccezionale. Andrebbe assolutamente visto anche se non ci si rende conto di cosa sia esattamente la fisica delle particelle (il Modello standard spiega come interagiscono i blocchi fondamentali della materia, governati da quattro forze fondamentali https://home.cern/science/physics/standard-model). E’ stimolante anche solo osservare come dispositivi tutto sommato “semplici” (ricavati da materiali pregiati, con precise geometrie, architettati in modo da poterne sfruttare le proprietà intrinseche che partono dalle più semplici leggi della fisica) possano dar luogo a fenomeni di così elevato interesse per l’uomo.

Al CERN si devono alcuni dei più importanti successi scientifici della fisica delle particelle tra cui la scoperta della corrente debole neutra (1974), la scoperta dei bosoni W e Z (1983 e relativo Premio Nobel per la fisica assegnato a Carlo Rubbia e Simon van der Meer nel 1984), l’invenzione e lo sviluppo dei rivelatori di particelle (Premio Nobel per la fisica assegnato a Georges Charpak nel 1992), la prima creazione di atomi di Anti-idrogeno (1995), la scoperta di un nuovo bosone compatibile con il bosone di Higgs (2012 e relativo Premio Nobel per la fisica a Peter Higgs e François Englert l’anno successivo).

Inoltre, forse non tutti sanno che, il CERN è il luogo dove è nato il World Wide Web… più precisamente nel 1989, da un’idea di Tim Berners-Lee e Robert Cailliau che lo realizzarono inizialmente come progetto per uso interno e che poi conoscerà uno sviluppo senza tregua grazie alla liberalizzazione e diffusione all’intero mondo che fu annunciata nel 1993 con il rilascio del primo browser grafico (Mosaic).

Il CERN è anche detto il Laboratorio della Pace, in esso fanno ricerca studiosi provenienti da tutto il mondo anche da paesi in guerra tra loro, davanti alla Scienza, ad un’ampia istruzione e cultura i conflitti vengono meno.

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