Il bruco che mangia la plastica

27 04 2017

     Ne hanno parlato e scritto diversi canali di informazione ieri e oggi. Non è la prima volta che si scrive di organismi in grado di digerire la plastica, ma in passato i riferimenti erano solo per alcune specie di batteri. Adesso si parla della larva di un insetto: la Galleria mellonella, o tarma della cera, perché di solito si ciba dei favi delle api.

     A scoprire che questo bruco è anche un divoratore di plastica, in particolare di polietilene (PE), il materiale dei comuni sacchetti, è stata la ricercatrice italiana Federica Bertocchini impegnata presso il CNR spagnolo sulla biologia molecolare. La studiosa, appassionata anche di apicoltura, ha raccolto questi bruchi dai suoi alveari vuoti e ha pensato di smaltirli chiudendoli prima in un sacchetto di plastica. Solo dopo qualche ora le larve erano libere e il sacchetto mostrava numerosi fori dovuti all’azione del robusto apparato boccale delle larve. Gli studi conseguenti di natura biochimica sono stati effettuati da due suoi colleghi: Paolo Bombelli e a Chris Howe, dell’Università di Cambridge nel Regno Unito e i risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Current Biology.

     La Galleria mellonella cibandosi di cera d’api, si nutre di un composto naturale formato da materiali organici eterogenei, alcuni dei quali neanche identificati. Riferendomi ad un lavoro canadese, la tabella a sinistra mostra la composizione chimica media di una decina di campioni di cere d’api di quel Paese. I diversi componenti della cera sono: idrocarburi (14%), monoesteri (35%), diesteri (14%), triesteri (3,3%), idrossidi monoesteri (3,6%), idrossidi poliesteri (7,7%), acidi liberi (12%), acidi monoesteri (0,8%), composti non identificati (8,6%).

Il polietilene (o polietene) è la materia plastica più diffusa e ha una composizione chimica differente dalla cera ma i componenti di base sono gli stessi: carbonio e idrogeno (-C2H4-)n . La differenza però non deve essere molto significativa per le larve, se hanno la capacità di digerirla efficacemente e con una velocità superiore di una decina di volte a quella dei batteri.

     Normalmente in natura il polimero del polietilene richiede almeno 400 anni per lo smaltimento. Le tristemente famose isole di plastica del Mediterraneo e degli oceani lo dimostrano. La scoperta, con le dovute cautele, potrebbe aiutare a risolvere il grave problema dei rifiuti di plastica abbandonati nel suolo o nelle acque. Bisogna capire in che modo il bruco riesce a digerire il polietilene e quali sono i prodotti della digestione, se hanno qualche tossicità. Una volta studiato e compreso il processo metabolico si potrà passare alla eventuale produzione delle sostanze chimiche (enzimi) o batteri (se contenuti nella saliva o nell’apparato digerente della Galleria mellonella) in grado di demolire velocemente il polietilene senza la produzione di composti tossici. Due enzimi in grado di demolire lentamente il polietilene tereftalato (PET) sono stati scoperti lo scorso anno da due ricercatori del Kyoto Institute of Technology. In questo caso la scoperta potrebbe essere più interessante e avere maggiori applicazioni perché la degradazione è molto più veloce e quello dell’inquinamento da plastica è un problema grave e diffuso. Per adesso si tratta di una speranza e di una solida base di lavoro, ma l’esperienza e la storia della Scienza consigliano prudenza: troppo spesso sono state annunciate scoperte, tecnologie e materiali che poi non hanno mantenuto le attese o avevano effetti negativi sull’ambiente e sui viventi non adeguatamente valutati. I titoli dei giornali vanno bene per stimolare ricerche ulteriori e raccogliere eventuali fondi, ma le applicazioni pratiche della scoperta sono ancora da individuare e dimostrare. Per adesso attenzione e orgoglio per una scoperta prevalentemente italiana, ma il problema della biodegradabilità dei milioni di tonnellate di plastica diffusi in tutti gli ambienti permane.

Altri riferimenti sulla composizione della cera d’api: Joel Loveridge, The chemistry of bees, School of Chemistry, University of Bristol, 2005; Sul polietilene: Chimica-online. Crediti immagine: Huffington Post .




Machine learning e computazione neurale artificiale, conferenza

22 04 2017

     L’ultima conferenza scientifica del ciclo “Seralmente Cultura Net” per l’A. A. 2016-17 si terrà il prossimo 5 maggio e ha per titolo Machine learning e computazione neurale artificiale, relatore il Prof. Riccardo Zecchina del Politecnico di Torino. Come sempre, considerato il prevedibile alto afflusso di pubblico, è vivamente consigliata la prenotazione, gratuita come la partecipazione, su seralmente@gmail.com . Si affrontano i problemi e le opportunità offerte dalla realizzazione di macchine in grado di fornire prestazioni sempre più simili a quelle umane, “umanoidi” utilizzabili in molti ambiti.

Per saperne di più: website: www.seralmente.com; locandina: Locandina 5 maggio 2017; brochure della conferenza: pieghevole 5 maggio 2017.

Riporto un breve abstract tratto dalla brochure. 

Dalle reti neurali artificiali all’intelligenza artificiale, una nuova avventura sta rendendo le macchine capaci di prestazioni sempre più simili a quelle umane nel campo dell’apprendimento automatico, ovvero l’estrazione di informazioni anche molto complesse a partire da dati non organizzati. Esempi rappresentativi in cui le macchine raggiungono prestazioni “umane” sono il riconoscimento di immagini e del parlato, l’apprendimento di strategie in giochi anche molto complessi e l’analisi dati nella medicina di precisione.
Nonostante gli enormi progressi nelle applicazioni, siamo ancora lontani dal modo di apprendere degli umani e degli animali ma poco per volta le macchine stanno “imparando a imparare”: i sistemi cognitivi artificiali andranno oltre quelli neurali basati su “deep learning”, verso la “human-like intelligence”




Materiali compositi: il kevlar

14 04 2017

     Molto spesso la combinazione di diversi materiali semplici può dare nuovi materiali, ibridi, con proprietà nuove ed eccezionali rispetto a quelle dei singoli componenti. Questi nuovi materiali, da alcuni decenni sono quelli più richiesti dalle industrie aerospaziali, automobilistiche, dello sport, in medicina, nelle costruzioni di impianti civili e industriali, nell’industria navale e in quelle dei settori militari e delle forze dell’ordine.

     Tralasciando i mattoni costruiti impastando paglia e fango dalle prime civiltà umane mediorientali, il primo materiale composito moderno è stata la fibra di carbonio, prodotta nel 1879 da Thomas Edison cuocendo il cotone. Ottanta anni dopo, Roger Bacon riusci a produrre fibre di carbonio ad elevate prestazioni, utilizzabili dalle indistrie. Il primo materiale composito in ambito aerospaziale fu utilizzato dalla NASA nel 1968 nel modulo di comando della missione Apollo: era l’Avcoat, capace di resistere a temperature di migliaia di gradi senza danneggiarsi. Una proprietà necessaria per gli scudi termici delle navicelle impegnate nel rientro in atmosfera e che devono resistere alle elevate temperature generate dall’attrito e dalla velocità di ingresso, sulle superfici esterne della navicella.

     Qualche anno dopo, nei jet militari F-4 si incominciarono ad utilizzare le resine sintetiche: resine epossidiche, polimeri a due componenti che uniti si solidificano e assumono particolari proprietà isolanti, oggi impiegate in moltissimi settori, dalle pavimentazioni alle industrie elettroniche, aeronautiche e navali.

     Un altro materiale composito che ha avuto un successo eccezionale è il kevlar, inventato nel 1965 da una ricercatrice chimica, Stephanie Kwolek (scomparsa nel 2014) dell’azienda americana DuPont. L’azienda nel 1973 acquisì i brevetti di questo nuovo materiale in fibra aramidica, superleggero e più resistente dell’acciaio a parità di massa e, alcuni anni dopo, incominciò a commercializzarlo col nome kevlar®. Si tratta di fibre estremamente resistenti alla trazione, dalla struttura chimica regolare costituita da innumerevoli gruppi ammidici che si ripetono lungo la catena, come nel nylon, ma molto più resistenti e affiancati da molti legami a idrogeno.

     Mentre nel nylon le catene dei gruppi ammidici si deformano, la presenza anche dei legami a idrogeno (nell’immagine in alto evidenziati dal tratteggio tra atomi di H e di O di catene diverse) rende il kevlar particolarmente resistente e rigido. I giubbotti antiproiettile delle forze dell’ordine e dei militari di mezzo mondo, da alcuni decenni sono a base di kevlar. Non sono comodissimi a causa della loro rigidità, ma assolvono egregiamente al loro compito: salvare la vita a chi li indossa. Inoltre questo materiale ha anche un’elevata resistenza al calore e alle fiamme.

Dai giubbotti antiproiettile, l’utilizzo del kevlar si è spostato a numerosi altri ambiti, alle automobili, agli aerei, alle attrezzature sportive, alle imbarcazioni, abbigliamento antinfortunistico da lavoro.

Crediti immagini e video: The Chemistry of Kevlar (5 min). Women in Chemistry: Stephanie Kwolek (16 min).

Il Sole24ore” Nascita dei caschi da moto, con kevlar e carbonio o in policarbonato (14 min). Stephanie Kwolek, the inventor of Kevlar.




Conferenza “Dalla gravità alla supergravità: evoluzione della Teoria di Einstein”

1 04 2017

     La prossima Conferenza divulgativa d’alto livello dell’Associazione SeralMente Cultura Net si terrà il 7 aprile 2017 e avrà come tema la gravità e la supergravità, collegate alla Teoria di Einstein.

     Un tema trasversale a molte discipline scientifiche e scolastiche, interessante per tutti gli studenti curiosi delle scuole secondarie e dell’università. Ricavato dalla Brossure che mi è stata inviata dagli organizzatori e convinto di fare una cosa utile per gli studenti e il pubblico interessato, segnalo l’abstract degli interventi del Prof. Marco Billò dell’Università degli Studi di Torino e della Prof.ssa Annalisa Marzuoli dell’Università degli Studi di Pavia, autori di molte decine di pubblicazioni scientifiche. Moderatore: l’instancabile Dott. Caponigro.

La Relatività Generale, proposta da Einstein nel 1915, ha avuto puntuali verifiche sperimentali che si sono succedute nel tempo fino alla prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali, annunciata con grande risonanza poco più di un anno fa.

La gravità non è una forza come le altre: superando la visione newtoniana di ‘azione a distanza’, Einstein interpreta gli effetti gravitazionali che osserviamo tra corpi dotati di massa come indotti dalla curvatura di un continuum quadridimensionale, lo spazio-tempo. Nelle parole di J.A. Wheeler: la materia dice allo spazio-tempo come incurvarsi, e lo spazio-tempo curvo dice alla materia come muoversi. Nella prima parte di questa conferenza si presenta una versione discretizzata della Relatività Generale, proposta da Tullio Regge nel 1961, che permette di cogliere in modo elementare le nozioni geometriche codificate nelle equazioni di Einstein.

La Relatività Generale è una teoria classica di natura geometrica. Uno dei maggiori problemi aperti della fisica teorica e’ la sua unificazione a livello quantistico con le altre interazioni fondamentali presenti in natura.

Le teorie quantistiche dei campi che conciliano la relatività speciale (Einstein 1905) con la meccanica quantistica forniscono uno schema concettuale coerente e di enorme successo sperimentale per descrivere tutte le interazioni salvo la gravità. Un elemento chiave di queste formulazioni e’ il concetto di simmetria di una teoria. Le ‘particelle elementari’ nelle teorie di campo quantistiche hanno proprietà intrinseche che le caratterizzano rispetto alle simmetrie spazio-temporali come bosoni oppure come fermioni.

La supersimmetria è una ulteriore ipotetica invarianza che collega tra loro bosoni e fermioni e che aiuta a formulare schemi concettuali coerenti di unificazione, quali la teoria delle superstringhe. Nella seconda parte della conferenza si presentano alcune idee base riguardo la ‘supergravità’, cioè’ la teoria (classica) che coniuga Relatività’ Generale e supersimmetria. Essa cattura aspetti importanti della superstringa, ed è quindi importante nell’ambito della ricerca di teorie unificate. Ha però recentemente avuto anche applicazioni inaspettate in altri campi, dalla fisica della materia al quark-gluon plasma, tramite il principio olografico.”

Considerata la possibile alta affluenza, si consiglia la prenotazione (anch’essa gratuita, come l’ingresso): seralmente@gmail.com . Link della locandina: www.seralmente.com . Luogo: http://www.seralmente.com/luogo.html .