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Lago Vostok, c’e’ vita?

12 Lug

Qualche mese fa, avevamo parlato del lago Vostok:

I misteri del lago Vostok

Come visto, questo e’ un lago cosiddetto subglaciale, che si trova sotto piu’ o meno 4 Km di ghiaccio dell’Antartide e la cui esistenza, anche se predetta negli anni prcedenti, e’ stata confermata solo nei primi anni ’90 grazie ai monitoraggi satellitari.

Perche’ e’ interessante questo lago?

Prima di tutto, pensare ad uno specchio d’acqua sepolto sotto 4 Km di ghiaccio ben compatto, fa impressione. Inoltre, molti studi sono stati condotti su questo lago per cercare di capire se potesse asserci vita al suo interno. Questa supposizione e’ ovviamente molto affascinante. Il lago Vostok presenta condizioni veramente difficili. Oltre alla sua profondita’ sotto il ghiaccio, dobbiamo considerare la totale assenza di luce solare, ma anche l’enorme pressione a cui le sue acque sarebbero sottoposte.

Come visto nell’articolo precedentemente riportato, le acque del lago sarebbero sotto un attento studio, appunto per valutare la presenza o meno di forme di vita aliene. Con questo termine non intendiamo assolutamente forme di vita provenienti da altri pianeti, bensi’ organismi viventi completamente isolati dall’ecosistema Terra e che, in linea di principio, potrebbero aver avuto uno sviluppo del tutto autonomo e indipendente.

Foto satellitare del ghiaccio sopra al Vostok

Foto satellitare del ghiaccio sopra al Vostok

Per meglio comprendere questo concetto, pensate che le acque del Vostok sono rimaste isolate per circa 15 milioni di anni. In questo periodo infatti, il Vostok e’ stato isolato dalla sua calotta di ghiaccio, lasciando al loro destino tutte le forme di vita eventualmente contenute nel lago.

Bene, detto questo, nell’articolo precedente abbiamo illustrato la tecnica pensata per prelevare un campione di acqua. Come visto, questa tipologia di analisi evita assolutamente un contatto tra la trivella di perforazione e l’acqua del lago. Per fare questo, le trivelle lasciano un setto di ghiaccio, che viene poi spaccato dalle pressioni interne. Questo metodo di ricerca permette di evitare il contatto, raccogliere un campione, ma soprattutto l’acqua fuoriuscita dal lago viene immediatamente congelata, sigillando nuovamente il lago dall’esterno.

Perche’ stiamo tornado a parlare del lago?

Come visto nell’articolo precedente, attraverso queste perforazioni erano stati raccolti circa 40 litri di acqua superficiale del lago. Ad una prima analisi, si era evidenziata la presenza di tracce di DNA e RNA non conosciute, cioe’ non appartenenti a specie animali conosciute sulla terra.

Queste prime misure, avevano suscitato un vespaio di polemiche da parte della comunita’ scientifica dal momento che molti esperti considerano la tecnica utilizzata non sicura. Con questo si intende che ci potrebbero essere contaminazioni dall’esterno in grado di falsare il risultato delle analisi.

Ora, a distanza di mesi, sono state condotte ulteriori analisi sul campione di acqua. I risultati ottenuti sono davvero interessanti. Delle 3507 sequenze di geni trovate, 1623 appartengono a specie conosciute. Di che tipo di sequenze si tratta? Il 94% proviene da batteri mentre il 6% viene da organismi piu’ complessi.

Cosa significa organismi piu’ complessi?

Questo 6% appartiene a funghi, molluschi e crostacei. Ma c’e’ di piu’, una frazione di questi geni appartengono a specie che normalmente vivono all’interno di animali piu’ grandi come, ad esempio, pesci.

Come interpretare questo risultato?

Sulle ali dell’entusiamo, si potrebbe arrivare alla conclusione che il lago Vostok nasconda un ecosistema molto complesso, formato non solo da batteri, ma anche da animali piu’ grandi. Le sequenze sconosciute di DNA e RNA possono farci pensare che nei 15 milioni di anni di isolamento, la vita abbia subito uno sviluppo diverso rispetto a quella della superficie. Questo sarebbe normale pensando alle condizioni estreme all’interno del lago. Proprio in questo ambiente inospitale, come detto buio assoluto e forti pressioni, potrebbero vivere non solo batteri, e questo non ci sorprende visto che sono stati trovati batteri in ambienti in cui si pensava impossibile avere la vita, ma soprattutto animali piu’ grandi e complessi. Una prima supposizione che potrebbe essere fatta e’ che ci siano sorgenti calde all’interno del lago, in grado di riscaldare alcuni strati delle acque.

E’ possibile questo scenario?

In linea di principio si, ma bisogna essere molto cauti. Come avvenne qualche mese fa, e come raccontato nel precedente articolo, anche in questo caso possono essere mosse le stesse critiche alla tecnica di raccolta dei campioni. Come detto, le trivelle, dal momento che non erano pensate per questo scopo, non sono state sterilizzate. Questo ovviamente potrebbe aver causato una contaminazione del campione con sequenze precedentemente attaccate alle trivelle. Inoltre, diversi esperti pensano che il metodo di ritorno del campione in superificie non assicuri una chiusura ermetica e che quindi, durante il suo ritorno attraverso i 4 Km di ghiaccio, il volume potrebbe essere stato contaminato.

Sicuramente, alla luce di quanto detto, e’ molto affascinante pensare al Vostok come un ecosistema ricco, completamente isolato e potenzialmente diverso da nostro. Dal punto di vista scientifico pero’, e’ doveroso andare con i piedi di piombo. In analisi di questo tipo bisogna essere sicuri che tutto sia stato fatto a regola d’arte per evitare di incorrere in errori macroscopici.

Uno studio attento del Vostok e’ importante anche per capire l’eventualita’ di formazione della vita su altri pianeti. Come sappiamo, le condizioni del lago sono simili a quelle che potremmo trovare su altri pianeti del Sistema Solare e non. Comprendere l’eventualita’ di formazione della vita in luoghi cosi’ inospitali, potrebbe farci capire se esite la possibilita’ che ecosistemi di questo tipo si possano formare anche fuori dal nostro pianeta. Nei prossimi mesi ci saranno sicuramente ulteriori risultati da discutere e, alla luce di quanto detto, non resta che aspettarli con ansia.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Uno sguardo ai materiali del futuro

27 Apr

In questi giorni, diversi giornali hanno pubblicato una notizia riguardante la scoperta di un nuovo materiale. La caratteristica principale, che tanto sta attirando attenzione, e’ l’estrema leggerezza unita alla notevole resistenza dei composti di questo materiale. Poiche’, leggendo in rete, ho visto tantissime imprecioni, credo sia interessante parlare di questa “scoperta”.

Il materiale in questione e’ il Grafene Aerogel. Ho messo “scoperta” tra virgolette, perche’, se proprio vogliamo essere precisi, questi materiali non vengono scoperti dal nulla, ma sono sintetizzati partendo da sostanze note. Il grafene aerogel e’ dunque stato “inventato” dai ricercatori della Zheijiang University ed e’ un materiale a base di carbonio.

Parliamo subito della sua caratteristica principale, la leggerezza. Il Grafene Aerogel rappresenta, ad oggi, il materiale meno denso in assoluto. Prima di questa invenzione, il record spettava all’Aerografite, con una densita’ di “ben” 0,2 mg/cm^3. Oggi, questo record e’ stato spazzato via dal Grafene Aerogel, con una densita’ di soli 0,16 mg/cm3.

Per darvi un’idea della leggerezza di questo materiale, vi mostro una foto molto interessante:

Dimostrazione della leggerezza del Grafene Aerogel

Dimostrazione della leggerezza del Grafene Aerogel

Come vedete, un blocchetto di Grafene Aerogel e’ talmente leggero da non piegare nemmeno la spiga in foto.

Anche se poco conosciuto dai non addetti ai lavori, negli ultimi anni e’ nato proprio un nuovo settore della tecnologia, interamente mirato alla sintetizzazione di nuovi materiali di questo tipo.

Cosa sarebbe il grafene aerogel?

Per prima cosa, analizziamo i singoli termini. Il grafene altro non e’ che un materiale formato da un singolo strato di atomi di carbonio. In questo senso, lo spessore del grafene e’ pari al diametro atomico. Il carbonio che compone il grafene e’ disposto in strutture esagonali ed e’ ottenuto in laboratorio partendo dalla grafite. Tutti questi composti, insieme anche al fullerene, al diamante e ai nanotubi, sono a base di atomi di carbonio, disposti in maniera diversa per formare un reticolo, come mostrato in questa immagine:

Diversi materiali ottenuti dal carbonio

Diversi materiali ottenuti dal carbonio

L’introduzione del grafene e’ risultata molto importante nella realizzazione di componenti elettronici estremamente piccoli e con caratteristiche elettriche non raggiungibili con le tecnologie standard.

Il termine aerogel, indica invece un materiale simile al gel, nel quale pero’ la fase liquida e’ stata sostituita con un gas. Il primo aerogel realizzato era a base di silicio, e presentava uan densita’ 1000 volte inferiore a quella del vetro. I comuni aerogel, a base di silicio, di allumina o altri elementi, trovano larghissima applicazione in diverse soluzioni industriali. Solo per darvi un’idea, gli utilizzi dell’aerogel vanno dall’isolamento termico fino all’uso nei cosmetici e nelle vernici come addensatori pasando anche per applicazioni spaziali nella studio della polvere cosmica. La foto seguente mostra proprio un ricercatore della NASA che mostra un pezzo di aerogel di Silicio:

Aerogel in un laboratorio della NASA

Aerogel in un laboratorio della NASA

Acnhe se puo’ sembrare un fotomontaggio, si tratta di una foto reale. Quello che vedete mostrato e’ un pezzo di aerogel con le sue straordinarie proprieta’ di leggerezza e trasparenza.

Vista la struttura degli aerogel, capite bene come nel caso del grafene questo termine sia utilizzato in realta’ a sproposito. Spesso, si utilizza il termine aerogel anche per indicare materiali a base di carbonio, come il Grafene Aerogel, nel quale moltissimi spazi sono riempiti di aria per ottenere ottime proprieta’ di leggerezza.

Detto questo, una domanda molto semplice che potrebbe essere fatta e’: “a cosa servirebbe il Grafene Aerogel?”

Forse stavate pensando che l’invenzione di questo materiale servisse solo per continuare la sfida tra centri di ricerca su chi preparava il materiale piu’ leggero. In realta’, non e’ cosi’.

Il grafene aerogel trovera’ spazio in moltissime applicazioni, anche di carattere ambientale.

Per prima cosa, questo materiale, proprio grazie alla sua struttura atomica, si comporta come una spugna, essendo in grado di catturare all’interno notevoli quantita’ di altre sostanze riempiendo gli interstizi occupati dall’aria. Per darvi qualche numero, un solo grammo di Grafene Aerogel riesce a trattenere fino a 70 grammi di materiali organici. Pensate ad un’applicazione molto utile: in uno scenario in cui ci sia un riversamento, ad esempio, di petrolio in mare, il grafene aerogel potrebbe essere utilizzato per assorbire gli oli molto rapidamente ripulendo la zona. Inoltre, date le sue proprieta’, basterebbe “spremere” la spugna per renderla di nuovo utilizzabile e recuperare anche il petrolio disperso.

Il grafene aerogel ha anche straordinarie proprieta’ elastiche. Ad uno sforzo di compressione, questo maeriale riesce ad assorbire fino a 900 volte il suo peso, tornando, in modo perfettamente elastico, alla forma originale. Questa caratteristica lo rende un ottimo candidato per applicazioni meccaniche avanzate.

Visto che ne abbiamo parlato introducendo la classifica dei materiali piu’ leggeri, anche l’aerografite trova spazio in importanti settori industriali. E’ in corso di studio la produzione di batterie basate su questo materiale e che consentiranno, a parita’ di peso, di ottenere durate molto maggiori, caratteristica fondamentale nell’utilizzo, ad esempio, nei veicoli elettrici. Inoltre, l’aerografite puo’ essere utilizzata per la preparazione di filtri molto efficienti per ripulire l’aria e l’acqua da inquinanti potenzialmente molto dannosi per l’essere umano.

Detto questo, capite molto bene l’importanza di questo genere di ricerche. Il continuo studio di nuovi materiali consente di rendere piu’ semplici svariate applicazioni e di ottenere caratteristiche del tutto impensabili con i materiali tradizionali. Come visto, parlando in generale di questi nuovi materiali, le applicazioni vanno dalla salvaguardia ambientale fino alla miniaturizzazione dell’elettronica. Inoltre, alcuni materiali, sviluppati proprio nell’ambito di questi progetti, consentono gia’ oggi di ottenere, ad esempio, transistor di dimensioni quasi atomiche, batterie basate su supercondensatori o anche microprocessori di dimensioni nanometriche. Sicuramente, quando pensiamo ad applicazioni che oggi potrebbero ancora sembrarci lontane nel tempo, dobbiamo pensare che saranno realizzate partendo da materiali di questo tipo.

 

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I misteri del lago Vostok

20 Mar

Ho ricevuto diversi contatti da parte di utenti che chiedevano il mio punto di vista sul lago Vostok in Antartide. In particolare, l’attenzione su questo specchio d’acqua subglaciale e’ riaumentata negli ultimi giorni dopo l’annuncio che vorrebbe una nuova forma di vita prelevata dalle acque del lago.

Cerchiamo di andare con ordine, capendo prima di tutto cos’e’ questo lago Vostok per poi arrivare a discutere questa nuova scoperta.

Ad oggi, sotto i profondissimi ghiacci dell’Antartide, sono stati scoperti circa 70 laghi, definiti appunto “subglaciali”. Si tratta di specchi d’acqua rimasti intrappolati nel ghiaccio per milioni di anni e, molto probabilmente, esistenti gia’ in tempi remoti quando l’Antartide non aveva l’aspetto che conosciamo oggi.

La posizione del lago Vostok in Antartide

La posizione del lago Vostok in Antartide

Il lago Vostok e’ appunto uno di questi laghi subglaciali. Il nome viene dall’omonima base russa proprio in prossimita’ del lago. Il Vostok venne scoperto nel 1959 dal geografo russo Kapitsa, e la conferma della sua esistenza venne confermata nel corso degli anni grazie a diverse tecniche utilizzate per determinare l’esatta posizione e grandezza. Per darvi qualche numero, il lago ha una lunghezza di 250 Km, una larghezza di 50 Km e le sue acque raggiungono una profondita’ massima di 1000 metri. La cosa che rende “speciale” questo lago e’ che la sua superficie si trova a circa 4 Km sotto il ghiaccio dell’Antartide.

La temperatura delle acque e’ di circa -3 gradi centigradi. Perche’ a questo valore si parla di acqua e non di ghiaccio? Semplicemente perche’, all’interno del volume in cui si trova il lago, le alte pressioni in gioco abbassano la temperatura di fusione del ghiaccio lasciando l’acqua nello stato liquido.

Ora, questo ambiente difficile ha praticamente sigillato il lago da qualsiasi contatto con il mondo esterno, trasformandolo in una vera e propria “capsula del tempo”. Gia’ al tempo della sua scoperta, molto si e’ fantasticato sulle acque del lago Vostok. Il completo isolamento dall’esterno potrebbe aver bloccato delle forme di vita all’interno cosi’ come erano presenti milioni di anni fa sul nostro pianeta. In alternativa, ci potrebbe essere stata un’evoluzione indipendente sotto la calotta di ghiaccio rispetto a quanto avvenuto in superficie. Tutte ipotesi possibili, affascinanti, ma che per molto tempo sono rimaste tali vista l’impossibilita’ di raggiungere le acque del lago per dare una sbirciatina all’interno.

Il problema principale per un’esplorazione del lago non e’ ovviamente nel poter disporre di trivelle in grado di arrivare a 4 Km di profondita’, questo e’ facilmente fattibile. Raggiungere pero’ la zona del lago implicherebbe una connessione diretta tra questo ambiente, che possiamo definire extraterreste o non terrestre nel vero senso della parola, e il nostro. Supponiamo che ci siano forme di vita all’interno del lago. Ovviamente per forme di vita intendiamo forme batteriche. Mettere in contatto il nostro mondo con il Vostok potrebbe provocare un inquinamento patogeno tra i due mondi. Per dirla in parole povere, ragionando per assurdo, potrebbe capitare che un batterio del nostro mondo possa distruggere questo microclima nel giro di pochi minuti.

Proprio queste ipotesi hanno bloccato per diverso tempo il prelevamento di campioni di acqua dal lago.

Ora cosa e’ cambiato?

All’inizio del 2013 gli scienziati russi hanno proposto una nuova tecnica di esplorazione che, stando a quanto riportato, avrebbe impedito l’inquinamento dell’ambiente. Invece di arrivare fino alla superficie del lago, la tecnica prevede di forare il ghiaccio lasciando un diaframma di ghiaccio di pochi metri. In questo caso, propria l’alta pressione all’interno del Vostok, avrebbe incrinato il setto ghiacciato facendo fuoriuscire acqua dal lago. Ovviamente, appena uscita, l’acqua sarebbe immediatamente ghiacciata richiudendo il setto e preservando l’ambiente interno.

Morfologia del Vostok sotto lo strato ghiacciato

Morfologia del Vostok sotto lo strato ghiacciato

Questa tecnica, sempre a detta dei russi, avrebbe funzionato e finalmente un campione di acqua sarebbe stato prelevato. All’inizio di quest’anno questa notizia e’ stata data da moltissimi giornali del mondo e l’attesa per i risultati delle analisi biologiche ha lasciato per diverso tempo i ricercatori col fiato sospeso.

Bene, queste analisi sono finalmente arrivate. Cosa e’ stato scoperto? All’interno del campione prelevato, e’ stato individuato un batterio non conosciuto sulla Terra. Da qui, si e’ tornati a parlare di alieni, forme di vita sconosciute, ambiente quasi spaziale, ecc.

Senza lasciarci prendere dal sensazionalismo, come ormai siamo abituati, analizziamo questa notizia in dettaglio.

Prima di tutto, perche’ e’ cosi’ importante studiare il Vostok? Oltre che per il fascino di questa missione, l’analisi di queste acque potrebbe aiutarci a capire meglio il nostro universo. La conformazione del lago e’ del tutto simile a quella che sappiamo esistere su alcune lune del nostro Sistema Solare. Solo per darvi un esempio, Europa, una delle lune di Giove, presenta laghi interni simili a quello in Antartide. L’individuazione di forme di vita all’interno del Vostok potrebbe dunque essere un segnale di un risultato analogo anche nello spazio.

Cosa significa che e’ stato trovato un batterio non esistente sulla Terra? Quando si fanno analisi di questo tipo, si analizza il DNA degli organismi presenti e lo si confronta con quello delle specie conosciute sulla Terra. Il DNA e’ composto da una sequenza di informazioni e per questo motivo si parla di somiglianza ad una certa percentuale proprio per indicare sequenze di informazioni conosciute o meno. Quando si dice che nel lago sono tate trovate forme di vita non conosciute, significa che dall’analisi del DNA per il batterio in questione, questo assomiglia a qualcosa che conosciamo solo per l’86%, cioe’ il 14% delle informazioni non ci sono note. Per parlare di specie anomala, viene richiesta una non somiglianza maggiore del 10%. Detto questo, il batterio in questione puo’ essere definito una forma di vita sconosciuta sulla Terra.

Ripeto, stiamo parlando di batteri. Supponendo che le informazioni siano corrette, questo risultato non significa affatto che il batterio sia di origine aliena o che provenga da un altro pianeta. Semplicemente, non assomiglia a quello che conosciamo. Tenete sempre a mente che stiamo parlando di un ambiente che si e’ sviluppato sulla Terra per milioni di anni isolato dalla Terra stessa.

Perche’ utilizzo tutti questi condizionali? Semplicemente perche’ questa scoperta e’ ancora al vaglio della comunita’ scientifica. L’annuncio di questo risultato e’ stato dato solo pochi giorni fa dai ricercatori russi e ha anche suscitato un vespaio di polemiche.

Prima di tutto, la tecnica proposta per il prelievo del campione e’ si valida per isolare il Vostok dall’ambiente esterno, ma molto probabilmente non lo e’ per impedire la contaminazione del campione prelevato. Dalle analisi condotte in laboratorio, nel campione sono state trovate tracce di kerosene, utilizzato per mantenere il foro aperto e per le trivelle, microorganismi di origine sicuramente terrestre e anche batteri che normalmente vivono sulla pelle umana. In tutto questo, c’e’ poi il batterio di origine sconosciuta di cui stiamo parlando.

Queste critiche non provengono ovviamente da me, ma dalla comunita’ scientifica che ha commentato l’annuncio. Molti infatti hanno definito l’annuncio prematuro e criticato il risultato alla luce della forte contaminazione terrestre mostrata.

Ora, ovviamente, corretto o meno il risultato, queste analisi hanno mostrato prima di tutto la possibilita’ di prelevare campioni dal lago ma soprattutto che, forse, esistono forme di vita all’interno della calotta ghiacciata e che queste siano sopravvissute e si siano sviluppate per milioni di anni in completo isolamento. Inutile discutere sulla massiccia speculazione riservata al lago Vostok e alle sue forme di vita, rimaniamo in ambito scientifico mostrando risultati veri.

Solo per completezza, rendiamoci conto di quanto difficile sia l’ambiente del lago Vostok. Se esistessero forme di vita al suo interno, significherebbe che queste si sono sviluppate e vivono 4 Km sotto il ghiaccio dell’Antartide, in acque assolutamente non raggiunte dalla radiazione solare e soprattutto in un ambiente supersaturo di ossigeno. Condizioni assolutamente non adatte alla vita anche se conosciamo batteri che vivono in condizioni altrettanto difficili.

Sicuramente pero’, lo studio del lago Vostok ci permettera’ di fare nuove importanti considerazioni sulla teoria dell’evoluzione, di capire meglio se la vita e’ possibile sugli altri pianeti del Sistema Solare e, perche’ no, anche di trovare qualche nuova forma di vita in grado di vivere dove pensavamo non fosse possibile.

Per il futuro, si sta gia’ pensando a nuovi metodi di esplorazione per impedire la contaminazione dei campioni. In particolare, e’ attualmente allo studio un piccolo robot sonda da mandare all’interno del lago proprio per prelevare direttamente un campione di acqua da analizzare. Come e’ facilmente intuibile, alcune specie viventi potrebbero essersi sviluppate in profondita’ nel lago e il prelievo diretto e’ l’unico modo utile per poterle individuare.

Concludendo, non resta che attendere nuovi importanti risultati da queste ricerche. Ad oggi, il lago Vostok resta ancora un mistero da comprendere a pieno. Per il momento possiamo ancora fantasticare liberamente, ma senza speculare, sulle meraviglie biologiche che queste profonde acque potranno mostrarci.

 

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