La Vista delle Piante

Le piante ci vedono?
Ovviamente tutti sappiamo che le piante non hanno occhi, e per moltissimo tempo si è creduto che non possedessero nemmeno la vista. 
In realtà prima di tutto bisognerebbe capire e definire precisamente cos'è la vista. 

Ci viene naturale associare l'atto di vedere alla presenza di occhi, e forse se si parla del regno animale questo può essere anche vero, ma cosa si può dire delle piante?
Secondo molte definizioni oggi accettate dalla scienza la vista è il "senso della luce e degli oggetti illuminati". Questo cambia tutto nella nostra percezione di che cosa vuol dire vedere e di che cos'è la vista, e cambia tutto ciò che abbiamo sempre creduto di sapere sulle piante.

La luce è il cibo delle piante: la fotosintesi

Basta pensare a un girasole per capire che le piante non sono affatto immuni agli stimoli luminosi.
Ma non solo, facendo una passeggiata in un bosco ci si accorge subito di come alberi e piante di vario genere siano impegnate in una lotta senza esclusione di colpi per ricevere fino all'ultimo raggio di sole disponibile. 
E come dar loro torto? 
In fondo dobbiamo pensare che la luce solare è la loro più importante fonte di sostentamento, il loro cibo se vogliamo, la portata principale della loro dieta basata sulla fotosintesi.
La Fotosintesi Clorofilliana è un processo biochimico che permette alle piante di sintetizzare il glucosio di cui hanno bisogno utilizzando la luce solare come fonte di energia.
E' un processo composto da due fasi:

• Fase Luminosa: grazie al pigmento verde chiamato clorofilla, le piante catturano la luce solare dando inizio a una serie di reazioni chimiche che portano alla formazione di molecole denominate ATP e NADH.

• Fase Oscura o Ciclo di Calvin: in questa fase la pianta usa l'ATP e la NADH prodotte durante il giorno per trasformare l'anidride carbonica che prende dall'atmosfera in molecole di Glucosio o di altre componenti necessarie alla sua sopravvivenza.

Lo scarto di questo complesso processo biochimico è l'Ossigeno.
Certo, in una serie di reazioni così elaborate intervengono anche moltissimi altri nutrienti, come l'acqua e i sali minerali, che la pianta assorbe attraverso le radici; si può tuttavia dire che la luce è il motore principale della Fotosintesi e la pianta ha un bisogno disperato di trovarla.

Piante che seguono il sole: il Fototropismo

Se la luce è così importante, non sorprende che le piante abbiano sviluppato un'incredibile capacità di muoversi verso di essa, modificando la posizione delle foglie ma anche crescendo nella sua direzione.
Questo movimento è detto Fototropismo. 
Quando due piante si trovano a vivere molto vicine la competizione per la luce è una faccenda molto reale, perchè la più alta fa ombra alla più bassa. 
Questo porta le piante a crescere più rapidamente in altezza per superare la rivale, una competizione chiamata fuga dall'ombra, e che era noto fin dall'antica grecia!
Se mettiano una piantina in una scatola chiusa e lasciamo una sola apertura per far entrare la luce, noteremo che quella pianta crescerà nella direzione del foro fino a uscirne per ricevere più luce possibile.

Esempio di Fototropismo

Il Fototropismo è un comportamente che è stato a lungo ignorato e sottovalutato, ma che esperimenti più recenti hanno studiato più approfonditamente, scoprendo che le piante sono davvero molto più intelligenti di quanto non pensassimo.
Una crescita rapida come quella della fuga dall'ombra, ma anche il dirigersi deliberatamente verso la fonte luminosa, denota un complesso calcolo dei rischi e dei benefici; ci vuole un gran dispendio energetico, infatti, potrebbe addirittura essere fatale, eppure il beneficio rappresentato dalla luce vale l'investimento fatto.

Occhi chimici

Se è evidente, quindi, che le piante hanno percezione della luce e si muovono per raggiungerla, è altrettanto evidente però l'assenza di occhi.

Come fa quindi la pianta a vedere la luce?

Grazie a una serie di molecole che agiscono da fotorecettori, in grado cioè di ricevere e trasmettere informazioni sulla direzione da cui  i raggi luminosi provengono e sulla loro qualità

La pianta, infatti, non è solo in grado di riconoscere la luce dall'ombra, ma riesce ad avere informazioni anche sulla sua lunghezza d'onda.

Questi fotorecettori sono: i fitocromi, le fototropine e i criptocromi.

Strutture dei fotorecettori

Queste molecole sono proteine sensibili a specifiche lunghezze d'onda della luce (il rosso, l'infrarosso, il blu e l'ultravioletto). Quando la luce le colpisce, modificano la loro struttura e la loro conformazione inviando così un certo segnale alla pianta che fornisce tutte le informazioni necessarie perchè veda.

Se nell'uomo e negli animali più evoluti i fotorecettori si trovano nell'occhio e l'impulso elettrivo viene inviato al cervello, nelle piante non abbiamo nè occhi nè cervello. 

Dove sono posizionati quindi questi recettori?

Nel mondo vegetale, tutte le facoltà sono presenti su tutta la pianta, e lo stesso vale per i fotorecettori che servono a percepire la luce. La maggior parte di essi sono situati sulle foglie, ma ce ne sono anche sullo stelo, i viticci, i germogli e persino nel legno cosiddetto verde.

E' come se la pianta fosse ricoperta di migliaia di minuscoli occhi.

Nel 1905 il botanico Gottlieb Haberlandt ipotizzò persino la presenza sulla pianta di piccoli ocelli, una sorta di occhio primitivo formato da minuscole lenti concave o convesse, esattamente come il cristallino che si trova nella struttura degli occhi umani, che oltre all'idea di luce restituiscono alla pianta anche le forme. 

Schema di un ocello

Le teorie di Haberlandt non hanno mai trovato una conferma sperimentale, ma sicuramente negli ultimi anni il mondo vegetale ha riacquistato dignità presso gli scienziati, che si sono resi conto sempre di più di come le piante non siano semplicemente degli esseri immobili. L'intelligenza delle piante è sempre più studiata e sempre più evidente studio dopo studio, e ora che gli esperimenti rivelano anche un po' del modo in cui percepiscono il mondo, dobbiamo riconoscere evidentemente come molto più che un ornamento.

Chissà, forse la conoscenza dell'intelligenza vegetale a partire dalla comprensione di come vedono e sentono il mondo, può aiutarci non solo a vivere meglio e in armonia con loro sul nostro pianeta, ma anche a dare una svolta alla nostra ricerca di intelligenze aliene.

Fosfina nell'atmosfera di Venere

 

Quando pensiamo a pianeti che possono ospitare la vita certamente Venere non è il primo che ci viene in mente: nonostante dimensioni e massa siano simili a quelle terresti la sua atmosfera è composta quasi interamente da Anidride Carbonica, ha una pressione di 92 atm, una temèperatura di circa 380°C e piogge di acido solforico.

Un bel posticino quindi.

Ultimamente però si è iniziato a rivalutare questo pianeta come possibile pianeta ospitale per la vita, in particolare ci si è concentrati su alcuni strati della sua atmosfera che si trovano a circa 50 km dalla superficie e che presentano condizioni di temperatura simili a quelle terrestri (che definiamo temperate) e di pressione atmosferica.

E' proprio qui, in queste nubi, che gli scienziati hanno rilevato la presenza di una molecola molto semplice eppure molto importante: la fosfina.

Fosfina: chimica e biochimica

La fosfina è una semplice molecola composta da un atomo di fosforo legato a tre atomi di idrogeno.

Possono esserci anche dei derivati che al posto dell'idrogeno presentano dei gruppi alchilici o arilici.

Si prepara industrialmente in vari modi: facendo reagire fosforo bianco con idrossido di sodio (reazione che produce anche ipofosfito di sodio come sottoprodotto), tramite l'idrolisi di un fosfuro di metallo quali il fosfuro di alluminio o il fosfuro di calcio, oppure campioni puri  possono essere preparati usando l'azione dell'idrossido di potassio sullo ioduro di fosfonio.

Sono molto utili in tante reazioni chimiche, in particolare i derivati fenilici delle fosfine sono usati insieme a catalizzatori metallici in una importante reazione della sintesi organica che permette di formare nuovi legami C-C (la reazione di Sonogashira).

Un altro modo in cui la fosfina può essere prodotta è tramite l'azione di alcuni batteri anaerobici, cioè che vivono in assenza di opssigeno, e per questo motivo può essere considerata un indicatore della presenza di forme di vita su pianeti ed esopianeti. 

 

Fosfina su Venere

Le misurazioni dell'atmosfera di Venere sono state fatte sfruttando una particolare banda di assorbimento della fosfina, utilizzando una tecnica spettroscopica e le osservazioni di due differenti telescopi ottenute autonomamente.

La presenza di PH3 nell'atmosfera è stata quindi confermata oltre ogni ragionevole dubbio ed è stata stimata essere di circa 20 ppb (parti per miliardo).

Restava da capire, escludendo ovviamente la presenza di laboratori ed industrie sulla superficie, se qualche evento naturale potesse essere responsabile.

La presenza di PH3 implica una fonte atmosferica, superficiale o sotterranea di fosforo, o la consegna dallo spazio interplanetario. Gli unici valori misurati del fosforo atmosferico su Venere provengono dalle sonde di discesa Vega 32 , che erano sensibili solo al fosforo come elemento, quindi non era in grado di distinguere le varie forme e molecole in cui si presenta, ma nessuna specie di fosforo è stata segnalata sulla superficie planetaria.

spettri JCMT e ALMA dell'intero pianeta attraverso l'intera banda
passante comune a entrambi i set di dati.

La maggior parte del fosforo presente nell'atmosfera o nella superficie di Venere è prevista come forme ossidate di fosforo, ad esempio fosfati. Considerando tali forme e adottando i dati di abbondanza di Vega (il valore più alto dedotto, più favorevole per la produzione di PH3 ), sono andati a calcolare se la termodinamica di equilibrio in condizioni rilevanti per l'atmosfera, la superficie e il sottosuolo venusiano può fornire ~ 10 ppb di PH 3 (considerando quindi un limite inferiore per trovare la soluzione termodinamica più facilmente ottenibile). Hanno trovato che la formazione di PH3 non è favorita anche considerando 75 reazioni rilevanti in migliaia di condizioni che comprendono qualsiasi probabile proprietà dell'atmosfera, della superficie o del sottosuolo (temperature di 270-1.500 K, pressioni atmosferiche e sotterranee di 0,25-10.000 bar, ampio intervallo di concentrazioni di reagenti). In particolare, i ricercatori hanno escluso l'idrolisi del fosfuro geologico o meteoritico come fonte del PH3 venusiano . Si esclude anche la formazione di acido fosforoso (H3PO3 ) perchè la sua formazione a temperature e pressioni di Venere richiederebbe condizioni piuttosto irrealistiche, come un'atmosfera composta quasi interamente da idrogeno.

Le reazioni fotochimiche nell'atmosfera di Venere non possono inoltre produrre PH3 a alla velocità necessaria alla Fosfina stessa per non venir degradata dai raggi UV in un'atmosfera come quella di Venere, e oltretutto per generare PH3 dalle specie di fosforo ossidato, i radicali generati fotochimicamente devono ridurre il fosforo estraendo ossigeno e aggiungendo idrogeno, che richiedono reazioni prevalentemente con H, ma anche con radicali O e OH. I radicali di idrogeno sono rari nell'atmosfera di Venere a causa delle basse concentrazioni di potenziali fonti di idrogeno (specie come acqua H2O e acido solforico H2S).

Si è infine escluso anche che possa essere stata prodotta PH3 attraverso eventi quali fulmini, impatti con oggetti in atmosfera o vento solare perchè la quantità di fosfina prodotta sarebbe troppo inferiore a quella rilevata.

Se nessun processo chimico noto può spiegare la presenza di PH3 all'interno dell'atmosfera superiore di Venere, allora deve essere prodotto da un processo non precedentemente considerato plausibile per le condizioni venusiane. 

Questa potrebbe essere fotochimica o geochimica sconosciuta. 

O forse vita. 

Naturalmente bisogna andarci molto cauti: ad esempio, la fotochimica delle goccioline delle nuvole venusiane è quasi completamente sconosciuta e si deve quindi considerare una possibile fonte fotochimica in fase gocciolina per PH3 (anche se PH3 verrebbe ossidato dall'acido solforico). 

Anche le domande sul perché organismi ipotetici su Venere potrebbero produrre PH3 sono altamente speculative.

La conferma della presenza di fosfina nelle nubi di Venere è quindi una scoperta socuramente eccitante, che apre a molteplici possibilità, ma ancora molti studi sulla geochimica e la fotochimica di questo pianeta andranno fatti prima di poter dire c'è vita su Venere.

Dal Salice all'Aspirina: la storia del farmaco più usato al mondo

Il Natale è alle porte, l'inverno è appena arrivato, il freddo inizia a farsi sentire e così tutti quei malanni che sembrano non aspettare altro che rovinarci le feste con il loro carico di nasi colanti, mal di gola, febbre e malesseri vari.

Fortunatamente ci basta prendere una pillola per evitare di passare il cenone di Natale a letto e poterci godere le infinite portate di cibo che vanno avanti dirette fino al pranzo del giorno dopo e il solito zio un po' alticcio che racconta barzellette; eppure non sono neanche duecento anni (119 per l'esattezza) che tutto questo è possibile, pochissimi, se ci pensate, nella storia dell'umanità.

salix alba

Sicuramente raffreddori, dolori e febbri varie erano un bel problema anche per gli antichi Egizi, e non solo perché andavano a rovinare le feste, ma perché in un'epoca in cui antibiotici e vaccini erano ancora lontanissimi, una febbre troppo alta poteva portare alla morte; qualcuno, però, si accorse che riducendo in poltiglia le foglie di un albero, il Salix Alba, comunemente noto come Salice Bianco o Salice Piangente, era possibile abbassare la febbre e curare i gonfiori.

Più tardi anche il medico greco Ippocrate si accorse che le foglie del Salice avevano proprietà analgesiche e antipiretiche e le raccomandò alle donne per alleviare i dolori del parto.

Nel medioevo, i decotti di foglie di Salice erano usati per abbassare la febbre e sono stati persino inclusi nella farmacopea tedesca.

Il merito va tutto ad una molecola importantissima, fra le più famose e importanti nella storia dell'uomo: la Salicina.

salicina

Chimicamente parlando è un β-glucoside, cioè una molecola costituita da uno zucchero legato (in quella che viene chiamata posizione β) con un'altra molecola, in questo caso l'anello aromatico della Saligenina. Non si trova solo nella corteccia del Salice, ma anche nella Viola e soprattutto nell'Olmaria, una pianta della famiglia delle Rosacee.

La Salicina è quella che viene definito un profarmaco, cioè nel nostro organismo non agisce come salicina, ma subisce delle modificazioni chimiche, infatti viene trasformata in Acido Salicilico, ed è questo ad avere la funzione farmacologica e a diventare famoso con il suo nome commerciale: Aspirina.

C'era una volta un vicario inglese

Lettera di E. Stone alla Royal Society

Il primo a pensare che un rimedio popolare potesse diventare qualcosa di molto più esteso fu Edmund Stone, un vicario inglese che, nel 1763 condusse un esperimento sorprendentemente moderno e scientifico per l'epoca.

In quel periodo andava per la maggiore la Teoria delle Signature: si credeva, cioè, che il rimedio dovesse assomigliare in qualche modo alla malattia, ad esempio per un male che colpiva lo stomaco, la pianta adatta a curarlo doveva avere una forma che ricordasse l'organo in questione il più possibile.

Basandosi su queste credenze, Stone pensò che la corteccia di Salice, una pianta che cresceva in prossimità di zone paludose, potesse curare una febbre simile alla malaria che aveva colpito molte persone che vivevano proprio in quelle zone, e che potesse avere un effetto simile a quello della corteccia di Cinchona, una pianta già usata per abbassare la febbre, ma molto più costosa.

Preparò, quindi, delle dosi di corteccia di Salice essiccata scelte empiricamente e le somministrò a 50 pazienti ogni quattro ore, documentando il tutto scrupolosamente.

I risultati ottenuti furono talmente buoni che Stone li riportò alla Royal Society di Londra, che però non fece altro che prendere atto del fatto che con questo rimedio la febbre malarica era migliorata.

Gli esperimenti di Stone furono ripresi e convalidati dal Samuel James nel 1792 che raccolse moltissimi dati e informazioni che furono utilissimi, in seguito, alla ricerca.

I coloranti e la Bayer: nasce l'aspirina

La scienza andò avanti e nel 1825 il chimico italiano Francesco Fontana isolò per la prima volta la Salicina dal Salice Bianco, nel 1828 il tedesco  Johann Buchner estrasse dalla corteccia i cristalli amari di Salicina e nel giro di dieci anni chimici francesi erano riusciti a sintetizzare l'Acido Salicilico, notando che era un derivato migliore rispetto alla Salicina stessa, e la cui struttura fu poi identificata da Frederic Kolbe nel 1859.

spirea olmaria

Insomma, l'Acido Salicilico era ormai disponibile, ma il suo sapore amaro ed effetti collaterali, in particolare il vomito, ne avevano limitato grandemente l'uso.

Dovette intervenire un ambito della chimica apparentemente del tutto slegato dal contesto farmaceutico per portare avanti la storia: l'industria dei coloranti.

Nella seconda metà dell'ottocento, l'industria legata allo sviluppo dei coloranti di sintesi era in grande crescita e moltissimi chimici lavoravano allo sviluppo di nuove molecole organiche modificando quelle già esistenti, e in particolare furono i primi a proteggere queste scoperte tramite brevetti.

La Bayer, azienda tedesca leader nel settore, decise di espandere le proprie aree di interesse anche nell'ambito farmaceutico, utilizzando come base su cui partire il gran numero di molecole che si producevano come sottoprodotti nelle sintesi dei coloranti.

Assunse, quindi, il chimico Felix Hoffman, il quale era mosso anche da interessi piuttosto personali: suo padre era infatti anziano e soffriva di artrite, ma non poteva più prendere l'Acido Salicilico a causa dei forti effetti collaterali. 

Hoffman modificò l'Acido Salicilico attraverso una reazione di acetilazione e ottenne l'Acido Acetilsalicilico:

Somministrò la nuova molecola ottenuta prima a se stesso e poi a suo padre, riportando effetti più che positivi, che condussero la Bayer a testare il prodotto tramite test clinici, in cui si poté notare scientificamente un miglioramento rispetto all'Acido Salicilico usato precedentemente.

Nel 1899 la Bayer mise in commercio il nuovo farmaco con il nome di Aspirina, dalla pianta Osmaria da cui estraevano la Salicina.

P.S. come funziona?

Per decenni l'Aspirina è rimasta la regina incontrastata dei farmaci da banco, con le sue incredibili proprietà antinfiammatorie e antipiretiche, ma nessuno aveva la minima idea del suo meccanismo di azione.

aspirina

Negli anni '60 il farmacologo Henry Collier scoprì, facendo delle ricerche in vivo su cavie animali, che, a differenza della Morfina che agiva sull'intero organismo, l'Aspirina agiva localmente. Volendone sapere di più, chiamò a lavorare con lui il biochimico John Vane perché lo aiutasse.

Attraverso esperimenti molecolari in vitro, scoprirono che l'infiammazione e il dolore (ma anche la febbre) sono modulati da molecole, impossibili da osservare in vivo, chiamate Prostaglandine.

Quello che l'Aspirina fa è inibire, cioè "spegnere", due particolari forme di un enzima, la cicloossigenasi, che ha il compito di trasformare l'Acido Arachinodico in, appunto, Prostaglandine, in mancanza delle quali non si ha né infiammazione né dolore.

Per questa scoperta, John Vane vinse il premio Nobel nel 1982, entrando quindi anche lui nella lunga storia del farmaco più famoso al mondo e aprendo le porte a nuovi e più efficaci suoi derivati.

Bibliografia:

• Wick, Jeannette. "Aspirin: a history, a love story." The Consultant Pharmacist® 27.5 (2012): 322-329.
• http://www.lescienze.it/news/2012/04/19/news/aspirina_nuovi_effetti_ampk_protein_chinasi-975546/

La chimica del colore: i colori e noi

Bentrovati, lettori, in una nuova, ed è proprio il caso di dirlo, coloratissima rubrica dedicata proprio ai pigmenti, i coloranti e tutti i segreti che la chimica nasconde riguardo i colori.

Non è facilissimo dare una definizione di colore, potremmo dire che esso è la percezione visiva di una radiazione elettromagnetica, ovvero l'interpretazione che il nostro cervello dà a una serie di impulsi elettrici provocati da un'onda elettromagnetica, cioè la luce.

Il fascio di luce che noi vediamo bianco, infatti, è in realtà composto da diverse lunghezze d'onda, ovverosia diversi colori che, uniti insieme, formano ciò che il nostro cervello percepisce come bianco.

Quando la luce colpisce un corpo, esso, a seconda della sua composizione chimica e della sua struttura, assorbirà uno o più lunghezze d'onda, riflettendo le altre che quindi arrivano al nostro occhio, mostrandoci perciò il colore complementare a quello assorbito. L'occhio umano, tuttavia, è sensibile solo a uno specchio limitato di lunghezze d'onda, quello compreso fra il rosso e il violetto, ovvero fra i 400 e i 700 nm, che viene perciò chiamato spettro della luce visibile.

Come vediamo?

Il primo organo che viene in mente quando si parla di visione è certamente l'occhio. Qui, infatti, si trovano i principali responsabili della nostra visione del colore, ovvero i recettori chiamati coni e bastoncelli, che si trovano sulla retina.

Il loro funzionamento è analogo, ma mentre i coni operano in presenza di molta luce, i bastoncelli invece ci assicurano la visione notturna, sono inoltre molto più numerosi (circa 120 milioni rispetto ai poco più di 6 milioni dei coni).

Sulla loro superficie sono presenti delle proteine fotosensibili, le opsine, che colpite dai fotoni, subiscono una trasformazione biochimica (l'isomerizzazione di un legame doppio e la dissociazione dell'11-trans-retinale dalla opsina) che invia un impulso elettrico al cervello tramite il nervo ottico.

Le proteine presenti sui recettori non sono tutte uguali, ma si differenziano in base al colore per cui dimostrano sensibilità. Abbiamo quindi, per quanto riguarda i Coni, tre tipi:

• Coni S: sensibili al blu
• Coni M: sensibili al verde
• Coni L: sensibili al rosso

Anche la distribuzione dei pigmenti sensibili a un certo colore non è uniforme: quella sensibile al rosso, ad esempio, è in numero notevolmente inferiore rispetto a quello sensibile al blu.

Questo fa sì che l'occhio umano non sia sensibile in egual misura a tutte le lunghezze d'onda, infatti la maggior sensibilità si raggiunge a 550 nm, in corrispondenza del colore giallo-verde e decade rapidamente sia verso l'ultravioletto che verso l'infrarosso.

Misurare il colore

Come facciamo, però, a dare una visione scientifica del colore? Ogni persona è diversa dall'altra e non è detto che la percezione sia uguale per tutti, senza contare le patologie come il daltonismo, che alterano gravemente la visione dei colori.

Nel 1800 è nata quindi la colorimetria, una scienza che si occupa proprio di normalizzare la misurazione del colore attraverso dei modelli.

Cerchio cromatico di Goethe

Uno dei primi a occuparsi dei colori scientificamente fu  Johann Wolfgang von Goethe, che fu anche il primo a formulare la teoria secondo cui non è la luce a scaturire dai colori (come aveva ipotizzato Newton) ma il contrario.

Poiché i colori derivano dalla luce, è quindi possibile ottenere, da colori detti primari, altri colori detti secondari.

A questo proposito, si possono avere due approcci: additivo, cioè la mescolanza in proporzione di rosso verde e blu per dare il bianco puro, e sottrattivo, che riguarda i pigmenti ciano giallo e magenta per dare il nero.

Successivamente, soprattutto a fini industriali (ma oggi è diventato importante anche per riconoscere il colore esatto di un quadro o un arazzo nella conservazione dei beni culturali), si è andato via via cercando un metodo definitivo di classificazione dei colori secondo le tre principali caratteristiche cromatiche: 

• tinta, che caratterizza il colore come appartenente alla famiglia dei blu, dei rossi, dei verdi, ecc.;

• luminosità, cioè la sua posizione tra il bianco (chiarezza massima) e il nero (chiarezza minima);

• saturazione, che definisce la purezza di un colore, cioè la sua distanza dal colore grigio di uguale chiarezza

Questo tipo di classificazione venne introdotta all'inizio del 1900 da a Albert Henry Munsell, un pittore americano.

Nonostante abbia molti pregi, questo sistema non permette la mescolanza dei colori, in quanto i complementari non sono in posizione opposta. 

Vengono oggi utilizzati anche sistemi più complessi, che sfruttano le formule matematiche per dare una classificazione quanto più completa possibile dei colori.

Un esempio importante è quello sviluppato dalla CIE (Commissione Internazionale dell'Illuminazione) nel 1931.

Considerando la lunghezza d'onda dominante di ogni colore e la sua saturazione, ottenevano un grafico a campana

Questo grafico però non teneva conto della componente psicologica della percezione cromatica umana, perciò nel 1976 svilupparono un altro sistema di classificazione detto L*a*b.

In questo sistema ogni colore è individuato da tre valori:

• L, cioè la luminanza, espressa in percentuale dove 0 è il bianco e 100 il nero

• a, la gamma di colori che va dal verde al rosso

• b, la gamma di colori che va dal blu al giallo

Questo sistema si basa sulla teoria dello psicologo Ewald Hering secondo cui la visione del colore, nel nostro cervello, è codificata come la risultante di tre processi che si oppongono: bianco/nero, rosso/verde, giallo/blu. Il primo spiega il fatto che i colori possono essere chiari o scuri, mentre il mescolamento delle quattro tinte "uniche" produce tutte le tinte percepite. 

Su questo sistema si sono quindi basati tutti i successivi metodi di identificazione di colori specifici, come la stampa in quadricromia o il pantone.

Perché una sostanza è colorata?

La risposta a questa domanda, a questo punto, non dovrebbe più essere un mistero: una sostanza chimica, un oggetto se vogliamo essere più generali,è colorato perché quando viene colpito dalla luce assorbe determinate lunghezze d'onda (porzioni di luce) e ne riflette altre. 

A livello atomico, questo vuol dire che gli elettroni, che se ne stanno tranquilli a una certa energia che è propria di ogni elettrone di ogni atomo e di ogni molecola, quando sono colpiti dai fotoni della luce, si agitano, o come diciamo noi chimici, si eccitano, saltando a un livello di energia superiore. A seconda delle caratteristiche di ogni molecola, il quantitativo di energia assorbito dalla luce è diverso, quindi le lunghezze d'onda assorbite sono diverse. 

Dopo qualche tempo (ricordiamo comunque che sono tempi incredibilmente piccoli) l'elettrone eccitato dall'incontro con i fotoni, perde quell'energia e ritorna al suo stato precedente, rilasciando quell'energia sotto forma di luce emessa, quella stessa luce che poi arriva ai nostri oggi e ci permette di vedere i colori.

Per approfondire:

• La teoria dei colori  di Johann Wolfgang Goethe, John Murray Editore
• https://munsell.com/

Cinque donne di scienza che hanno cambiato il mondo

Oggi è 8 Marzo ed è la Giornata Internazionale della Donna.

Mentre c'è chi si limita a regalare mimose alle proprie amiche, molti altri invece dibattono su temi ancora troppo attuali come il femminicidio, la disparità di salari, la condizione ancora di sottomissione della donna in moltissime parti del mondo.

Qui, su Del Carbonio e Altre Storie voglio ricordare invece che, nonostante ci sia ancora molto da fare, le donne hanno da sempre e oggi più che mai dato un contributo importante alla scienza.

Ipazia

Vissuta ad Alessandria d'Egitto fra il 350 e il 415 d.C. Ipàzia è stata una matematica e filosofa greca, da molti ritenuta una vera e propria martire del libero pensiero.

Fin da bambina fu istruita dal padre nella matematica e nell'astronimia, diventando ben presto più brillante ed erudita del suo maestro, fino a divenire, già dal 393, capo della scuola filosofica Alessandrina.

Purtroppo non ci sono giunti suoi scritti e tutto ciò che sappiamo di lei deriva da quanto scritto dal suo più fedele allievo, Sinesio, e da filosofi suoi posteriori come Socrate Scolastico che di lei dice:  «era giunta a tanta cultura da superare di molto tutti i filosofi del suo tempo, a succedere nella scuola platonica riportata in vita da Plotino e a spiegare a chi lo desiderava tutte le scienze filosofiche. Per questo motivo accorrevano da lei da ogni parte tutti coloro che desideravano pensare in modo filosofico».

Fu così rispettata che il suo potere divenne anche in un certo senso politico e ben presto il suo insegnare pubblicamente nelle piazze una filosofia e una astronomia di chiara deriva ellenica, cioè pagana, divennero motivo di scontro fra i filosofi della scuola alessandrina, fra cui proprio Ipazia, e la Chiesa Cristiana che si era insediata ad Alessandria e che portava avanti un'opera di distruzione di qualsivoglia forma di paganesimo.

La vicenda culminò con l'omicidio della donna ad opera di un gruppo di cristiani. 

La figura di Ipazia è però così radicata nel pensiero comune che ancora oggi sono decine i romanzi, i film, i dipinti, ispirati a lei.

Elena Lucrezia Corner Piscopia

Quinta figlia di uno degli esponenti delle più importanti famiglie Veneziane nel 1600.

Spronata dal padre, che accortosi delle doti di sua figlia intendeva portare ancora più lustro alla famiglia, Elena crebbe in un ambiente in cui la fisica era di casa (il suo bisnonno era stato amico di Galileo Galilei) e in giovane età si fece oblata benedettina, in modo da poter unire la sua vocazione religiosa con la volontà di proseguire gli studi.

Dopo che ebbe tenuto una disputa pubblica di filosofia in latio e in greco, suo padre chiese che Elena venisse iscritta alla facoltà di Teologia, ma il Vescovo di Padova si oppose fermamente, ritenendo oltraggioso che una donna si desse a questo tipo di studi.

Ne scaturì una disputa che si risolse con il compromesso: una laurea in filosofia.

Nonostante le fosse proibito esercitare l'insegnamento, Elena fu la prima donna ad ottenere un dottorato nella storia, il 25 giugno 1678.

Morì a soli 38 anni, ma ilsuo fu un contributo fondamentale alla storia delle donne nella scienza.

Maria Skłodowska 

Meglio nota come Marie Curie fu la prima donna a ricevere un premio Nobel per la sua attività scientifica e l'unica donna a riceverne due e la prima donna a ottenere una cattedra alla Sorbona.

Grande memoria, capacità di concentrazione e una sete di sapere inesauribile, Maria è la beniamina dei suoi insegnanti e si laurea in fisica e matematica alla Sorbona di Parigi.

Insieme a suo marito Pierre Curie, si occupa degli studi sulla radioattività nel 1903, mentre ne riceverà un altro, questa volta da sola, in chimica grazie alla scoperta di due nuovi elementi, il Radio e il Polonio., nel 1911.

Sicuramente quando siparla di donne che hanno cambiato il corso della scienza, Marie Curie è una delle prime a venire in mente, il suo contributo è stato importantissimo in un periodo in cui le donne iniziavano a combattere per i propri diritti e per poter avere le stesse possibilità e opportunità degli uomini.

Marie ha dimostrato che le donne e gli uomini possono collaborare per ottenere grandi risultati, ma soprattutto che le donne possono fare grandi cose grazie solamente alla propria intelligenza e al duro lavoro.

Dorothy Crowfoot Hodgkin

Premio Nobel per la chimica nel 1964, Dorothy è stata una pioniera negli studi sulla cristallografia a raggi X, una tecnica utilizzata poer ottenere la struttura tridimensionale di molecole.

Nel 1934 per la prima volta, assieme al suo supervisore, riesce a fotografare alcuni cristalli di pepsina, un enzima che si trova nei succhi gastrici, dimostrando le enormi potenzialità dei raggi X applicati alle molecole biologiche.

Andando contro l'etichetta, dopo essersi sposata, continua a firmare i suoi lavori con ilsuo cognome da nubile e, pur malata di artrite reumatoide, prosegue i suoi studi sulle molecole biologiche, dall'insulina al colesterolo, dalla vitamina B12 alla penicillina.

In particolare i cristalli di insulina erano troppo complicatiper essere analizzaticon gli strumenti dell'epoca, quindi Dorothy perfezionò lei stessa la tecnica dei raggi X per decenni, fino a ottenere la struttura dell'insulina nel 1969, nel trentacinque anni dopo il primo tentativo.

Dopo aver ottenuto il premio Nobel, ottiene anche la Medaglia dell'Ordine al Merito del Regno Unito, seconda donna nella storia e prima scienziata.

Rita Levi Montalcini

Una delle più grandi donne del nostro tempo, premio Nobel per la medicina, unica donna italiana ad aver vinto questo premio nella scienza, senatrice a vita della Repubblica Italiana.

Si è occupata per tutta la vita di neuroscienze ed è proprio grazie alla scoperta nella proteina NGF, che le è valso il Nobel (insieme al suo collaboratore  Stanley Cohen) se questo ambito assume sempre maggiore importanza nelle scienze naturali.

Ha lavorato per lo più negli Stati Uniti, ma ha fatto molto per l'Italia: crea a Roma un centro di ricerca sul NGF, fonda e dirige l'Istituto di Biologia Cellulare presso il CNR, fonda l’EBRI (European Brain Research Institute) sempre a Roma, fonda la sezione italiana della Green Cross International, riconosciuta dalle Nazioni Unite, e scrive ancheun libro per ragazzi intitolato "Le tue antenate" in cui parla proprio di donne pioniere nella scienza, che hanno dovuto lottare per entrare nei laboratori e per veder riconosciute le loro scoperte. Sicuramente una dei più fulgidi esempi di donne scienziate dei giorni nostri.

I segreti della caffeina, la droga più diffusa al mondo

No, non avete letto male, ho detto proprio droga. Non tutti sanno (o sarebbero disposti ad ammettere) che quella tazzina di caffè al mattino senza la quale non si riesce proprio a svegliarsi, o la tazza di tè che si sorseggia mentre si legge un libro, non sono poi molto diverse da droghe molto più pericolose come la cocaina. 

Naturalmente gli effetti della cocaina, come di qualsiasi altra droga "tradizionale" sono ben più devastanti, eppure entrambi donano una diffusa sensazione di piacere, stimolano l'attività cerebrale e creano dipendenza, come chiunque di noi può testimoniare dopo qualche giorno di astinenza.
E a differenza della cocaina, la caffeina è generalmente diffusissima.
No, non correte subito a gettare via le vostre moka, non nascondete le teiere, potete star tranquilli, come ogni cosa è solo una questione di quantità, tanto che in piccole dosi la caffeina può avere anche effetti benefici.

Ma che cos'è la caffeina?

La caffeinà è, chimicamente parlando, un alcaloide contenuto all'interno delle foglie di alcuni particolari tipi di piante, come il cacao, il tè, la coca e il guaranà, inoltre è una sostanza psicoattiva, poichè interferisce con alcuni processi biochimici (come la sintesi di neurotrasmettitori) inducendo la stimolazione del sistema nervoso centrale e cardiovascolare, nonchè moltissimi altri effetti secondari su tutto l'organismo.

Caffeina

L'uso di questa sostanza ha origini antichissime: se ne trova traccia già in Messico nel 1500 a.C. ma fu con la scoperta dell'America che caffè, tè e cacao si diffusero un po' ovunque e in particolare in Europa, tanto che il caffè ormai può quasi essere considerata, qui in Italia, bevanda nazionale. Fu addirittura importantissimo per la nascita e la diffusione dei giornali, grazie ai famosissimi caffè parigini.

Molti credono erroneamente che la caffeina sia contenuta unicamente nel caffè, e che al contrario nel tè si trovi la teina, dando per scontato che siano due molecole diverse. 

L'errore deriva da un fraintendimento storico: inizialmente, infatti, la caffeina fu individuata e isolata nel 1819 dal chimico Friedrich Ferdinad Runge e solo successivamente, nel 1827, fu isolata dal tè la teina, creduta quindi una sostanza diversa. Ora, grazie ai moderni mezzi spettroscopici che ci permettono di vedere le molecole atomo per atomo, sappiamo che sono la medesima sostanza, la 1,3,7-trimetilxantina per chiamarla con il suo nome chimico (IUPAC), e furono proprio gli studi sulla determinazione della struttura della caffeina, e la sua successiva sintesi, che valsero al chimico Hermann Emil Fischer il premio Nobel nel 1902.

Nel tè inoltre, insieme alla caffeina, sono contenuti altri alcaloidi con proprietà simili, in particolare la teobromina che ha l'effetto di amplificare l'azione della caffeina nell'organismo.

La caffeina fa male?

Rispondere a questa domanda non è immediato come si potrebbe pensare.

Niente, infatti, è in forma assoluta tossico o benefico, ma si parla di Tossicità Acuta o Tossicità Cronica, ovvero quanto una tale sostanza sia tossica nel momento dell'assunzione o quanto sia tossica a lungo termine. 

Per quanto riguarda la tossicità cronica della caffeina, nessuno studio ha rilevato risposte certe in merito, mentre per quanto riguarda la sua tossicità acuta si hanno dati ben definiti: la dose di assunzione letale (per un individuo di peso medio intorno ai 70 kg) è stata stimata essere circa 10 g di sostanza, cioè l'equivalente di 170 tazze di tè (numero che può variare a seconda dei tipi di tè) e 130 tazzine di caffè assunte una dopo l'altra. 

D'altro canto, la caffeina è largamente studiata dall'industria farmaceutica a causa dei suoi effetti benefici.

Un uso classico di questa sostanza è come farmaco contro l'emicrania: il principio attivo fondamentale per il trattamento dell'emicraia è l'Ergotamina, il cui assorbimento è fortemente facilitato dall'azione della caffeina.

Inoltre, fra le azioni biochimiche della caffeina c'è il blocco delle funzioni dell'Adenosina, ed è questa caratteristica che ne fa un antidolorifico simile a i farmaci cosiddetti FANS.

Infine, è largamente usata a livello cosmetico come trattamento anticellulitico.

In conclusione, finchè non si esagera, eccedendo in maniera incontrollata e pericolosa, una buona tazza di tè o quel caffè così profumato subito dopo pranzo, sono un piacere fondamentalmente innocuo, nonostante le molte affinità fra la caffeina e una droga come la cocaina.

Un esempio di come, nel mondo che ci circonda e in particolare nello studio della chimica, simile non vuol dire assolutamente uguale e anche un dettaglio apparentemente insignificante faccia tutta la differenza del mondo.

Sarà pure la droga più diffusa al mondo, ma alla fine è una droga di cui possiamo benissimo non fare a meno.

Bibliografia:

• I bottoni di Napoleone: come 17 molecole hanno cambiato la storia - P. Le Couteur, J. Burreson - TEA editore
• http://www.lescienze.it/news/2002/09/02/news/il_caffe_come_la_cocaina_-589182/
• http://www.pianetachimica.it/didattica/caffeina/caffeina.htm
• http://chimichiamo.altervista.org/blog/teina-caffeina-unidentita-poco-nota/
• http://blog.edoapp.it/caffeina-e-teina-che-differenza-ce/

Con tutte quelle bollicine

Non c'è capodanno, e in generale non c'è festa, senza che si stappi una bottiglia di un vino frizzante, che sia esso champagne francese o spumante italiano. 

Insomma, non esiste celebrazione che non veda come protagonista la nostra amata/odiata anidride carbonica.

Ma come si forma? Cosa trasforma il succo d'uva in frizzante vino delle feste?

La fermentazione

La fermentazione è un meccanismo metabolico usato da alcuni microrganismi per produrre energia da particolari molecole organiche (come i carboidrati ad esempio) in assenza di ossigeno. 

La fermentazione alcolica, in particolare, è utilizzata dai lieviti per scindere zuccheri complessi ed è usata da moltissimo tempo per produrre molti cibi, basti pensare che già gli antichi egizi e i sumeri la utilizzavano per la produzione di birra.

schema della fermentazione alcolica per chi mastica un po' di chimica

Quando si produce il vino entrano ingioco due diversi lieviti:

• Apiculati: sono i primi ad agire e muoiono quando lo zucchero inizia a trasformarsi in alcol
• Ellittici: sono più resistenti e portano a termine la fermentazione

La prima fermentazione, che dura dai 7 ai 10 giorni, è detta fermentazione tumultuosa, ed avviene in speciali vascheaperte, quindi l'anidride carbonica così prodotta si disperde nell'ambiente.

Metodo champenoise

Chiamato anche metodo classico è la seconda parte della fermentazione ed è quella che garantisce la formazione delle bollicine, in particolar modo per quanto riguarda la produzione del tradizionale champagne francese.

Questo metodo consiste nell'introdurre speciali lieviti direttamente nella bottiglia insieme al vino fermentato precedentemente. Le bottiglie sono tenute orizzontalmente, in assenza di umidità, vibrazioni e rumori e con luce molto scarsa (la luce potrebbe infatti ossidare il vino, per questo le bottiglie sono scure!).

In queste condizioni i lieviti agiscono trasformando gli zuccheri rimasti in anidride carbonica che, non potendo fuoriuscire, si discioglie nel liquido.

Più tempo si dedica a questa fermentazione, più lo champagne sarà di qualità, perché si fa in modo che tutti i lieviti agiscano completamentee poi muoiano, senza lasciare quindi residui di alcun tipo che possono alterarne le proprietà organolettiche, quali sapore e aromi.

Metodo Martinotti

Con questo metodo viene prodotta la maggior parte degli spumanti italiani e differisce dal metodo precedente per una maggiore facilità produttiva.

Il vino non viene imbottigliato subito, ma dopo essere stato filtrato viene trasferito in autoclavi, in cui sono successivamente aggiunti i lieviti, insieme agli zuccheri e ai sali minerali necessari perchè tali lieviti siano attivati.

Con questo metodo la fermentazione è molto rapida (circa 20 giorni) e per migliorarne la qualità lo spumante ottenuto è filtrato in condizioni iperariche (cioè sotto alta pressione) in modo da evitare perdite di anidride carbonica.

Successivamente si sottopone a condizioni di temperatura molto basse per favorire la precipitazione di acido tartarico, per poi essere nuovamente filtrato e, finalmente, imbottigliato.

L'acido tartarico si trova in molti frutti, fra cui l'uva, ed è usato per regolare l'acidità dei vini.

Insomma, che sia champagne o spumante, a un bel bicchiere di bollicine non si può mai rinunciare per festeggiare adeguatamente il nuovo anno. Perciò in alto i calici e tanti auguri!







Per approfondire:

• www.agraria.org
• www.chimica-online.it
• www.winepoint.it

I colori dell'autunno, o del perché le foglie diventano rosse

L'Autunno è una stagione meravigliosa: si possono mangiare le castagne leggendo un bel libro accanto al fuoco mentre si sorseggia vino rosso, la notte di Halloween è piena di bambini in maschera e dolciumi, inizia a fare freddo ma non così tanto da scoraggiare una passeggiata nel parco ad ammirare i colori delle foglie.
Già, le foglie in autunno sono uno spettacolo magnifico. Ma vi siete mai chiesti perché da verdi, in estate, diventano rosse e gialle in questo periodo dell'anno, appena prima di cadere?
In realtà la domanda ha una risposta piuttosto semplice e può ricondursi fondamentalmente alla presenza o meno di una molecola fondamentale e che tutti almeno una volta nella vita hanno sentito nominare: la clorofilla.

La clorofilla e le sfumature del verde

Isolata per la prima volta nel 1817 dal chimico francese  Joseph Bienaimé Caventou, è un pigmento verde (ma in realtà a seconda dei vari tipi di clorofilla presenti in natura può essere anche giallastro) che si trova all'interno di specifiche cellule, i cloroplasti, in cui avviene la fotosintesi. 

Il processo fotosintetico è molto complesso ma può essere riassunto in due fasi principali: 

• la fase luminosa in cui la pianta trasforma l'energia fornita dalla luce solare in energia chimica; in questo processo intervengono due diversi tipi di clorofilla (principalmente la clorofilla a e la b) ma anche altre molecole come i carotenoidi.
• la fase oscura (che nonostante il nome avviene in contemporanea a quella luminosa e vi partecipano anche enzimi attivati proprio dalla luce) in cui l'anidride carbonica presente nell'aria viene immagazzinata dalla pianta e si produce ossigeno.

La clorofilla, quindi, è di grandissima importanza per le piante perché è grazie ad essa se riescono a respirare, a crescere, in sostanza a vivere. Se si guarda la struttura di questa molecola si può notare che è incredibilmente simile a un'altra molecola fondamentale alla vita, cioè l'emoglobina, responsabile della respirazione di tutti gli animali, compreso l'uomo.

Proprio come il gruppo eme dell'emoglobina, la clorofilla è formata da un anello (chiamato clorina) al cui centro vi è un atomo di Magnesio (invece del Ferro del gruppo eme). A questo anello vi sono poi legati diversi gruppi di atomi (gruppi funzionali) a seconda di quale tipo di clorofilla si prende in considerazione.

L'anello è particolarmente importante perché è proprio grazie alla sua struttura se la clorofilla può svolgere un ruolo così importante nella vita delle piante ed è anche grazie a esso se la vediamo di quel bel colore verde.

La presenza di una struttura così complessa e ricca di elettroni, infatti, fa sì che possa assorbire molta energia da convogliare poi in una specie di processo di produzione in cui si ottiene alla fine energia chimica per la pianta, inoltre permette che l'unica energia che non viene assorbita sia quella corrispondente al colore verde dello spettro solare.

Durante la primavera e l'estate, le piante producono una grandissima quantità di clorofilla, tale da nascondere con il suo colore qualsiasi altro, ed è per questo che gli alberi ci appaiono così nei mesi estivi.

Dal rosso al giallo: i carotenoidi

Non c'è solo la clorofilla a far respirare alberi e arbusti, ci sono anche loro: i carotenoidi! Questa importantissima classe di molecole non solo partecipa alla catena di trasporto dell'energia, ma fungono anche da protezione per il centro di reazione.

Sono molecole molto varie e ce ne sono veramente tantissime (circa 600!), ma sicuramente tutti almeno una volta nella vita hanno sentito parlare del famoso Beta-Carotene.

La lunga catena di atomi di carbonio caratteristica di questa classe di composti è anche responsabile della colorazione che può spaziare dal giallo pallido al rosso acceso: gli elettroni, infatti, possono percorrere questa catena più o meno liberamente a seconda del numero e della vicinanza dei legami doppi che la compongono. Questo fa sì che la luce solare riflessa da queste molecole sia quella specifica che va dal giallo al rosso, a seconda della lunghezza della catena

Durante l'autunno, l'aumento delle ore notturne provoca la diminuzione della produzione di clorofilla nelle piante, fino a diventare quasi nulla. 

Liberi dal loro concorrente verde, i carotenoidi sono ora i protagonisti e colorano le foglie di tutti quei magnifici colori dal rossiccio al giallo all'arancione che si possono ammirare in un parco a novembre.

Naturalmente la non presenza di clorofilla e quindi l'assenza di attività fotosintetica, porta anche alla morte delle foglie che, di conseguenza, si seccano e cadono.

Rosso e viola: le antocianine

Un'ultima classe di pigmenti responsabile del colore delle foglie autunnali è quella degli antociani, o antocianine.

Queste molecole non partecipano alla fotosintesi, ma svolgono un ruolo protettivo in moltissime piante, assorbendo i raggi ultravioletti dannosi. Il loro colore può variare dal rosso acceso al viola al blu e dipende sia dalla struttura che dal pH del mezzo in cui si trovano o ancora dalla presenza di alcuni metalli con cui le antocianine si legano per formare dei complessi.

Non sono presenti in tutti i tipi di piante, ma sono responsabili dei colori rossi e blu di molte bacche come i ribes, le fragole o le ciliegie e in molte di quelle piante le cui foglie cadono in autunno

Quando la clorofilla non c'è...

Che siano gialle o rosse, su un grande albero o cadute sul sentiero, quando la clorofilla non diminuisce è il momento di tutte quelle altre molecole, spesso dimenticate e poco conosciute, ma ugualmente importanti, di diventare protagoniste e regalarci tutti i colori dell'autunno!

Per approfondire:

• http://www.treccani.it/enciclopedia/fotosintesi-clorofilliana/
• Color Chemistry_ Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments - Heinrich Zollinger 

Scienziati si diventa: il metodo scientifico

Hennig Brand scopre il fosforo

I vaccini causano l'autismo.

La carne fa venire il cancro.

Le nanoparticelle ci uccideranno tutti.

Lo zenzero allunga la vita.

Quante se ne sentono ogni giorno di notizie del genere? Siamo bombardati da ogni direzione: giornali, social network, politici, quel cugino che vediamo solo a Natale e Pasqua che ha sempre una parola su qualsiasi argomento. Non è sempre facile discernere fra quelle che sono notizie false, bufale, semplici fatti riportati male o invece informazioni utili e veritiere, certamente sembra impossibile per chi non ha un background scientifico di nessun tipo e magari all'università ha studiato tutt'altro. 

Non temete, ci sono qui io, per voi, a dirvi che non è necessario aver preso una laurea in fisica quantistica per riuscire a barcamenarsi in questo mare di informazioni, ma basta avere uno spirito critico, una mente aperta e alcune nozioni base. 

Per questo inauguro oggi questa piccola rubrica dal titolo Scienziati si diventa in cui spiegherò, cercando di essere il più semplice e chiara possibile, alcuni fondamenti base della scienza moderna e di come una ricerca scientifica viene portata avanti.

Per prima cosa partiamo dalle basi, ovvero:

Il metodo scientifico

Non è così facile dare una definizione precisa di che cos'è il metodo scientifico, perché non è qualcosa di fisso, immutabile, una specie di statuto, ma una sorta di procedimento o una linea guida che ogni scienziato segue per poter lavorare bene, in maniera efficiente e per poter vedere il proprio lavoro riconosciuto come valido. Ed è un metodo in continua evoluzione.

Il primo a cui si fa riferimento quando si parla di metodo scientifico è Galileo Galilei che rivoluzionò il modo di fare scienza degli uomini del suo tempo, sostenendo la necessità di una prova pratica, un esperimento, che andasse ad avvalorare un'ipotesi precedentemente formulata dallo scienziato. 

Dai tempi di Galileo, il metodo si è andato sempre più arricchendo, divenendo più preciso, più completo, fino al filosofo Karl Popper che formulò il principio di falsificabilità e persino ad Einstein, che per primo dimostrò un fenomeno fisico (la famosa Relatività Generale) non attraverso un esperimento pratico ma tramite formule matematiche.

Galileo Galilei

A livello teorico non esiste un unico metodo scientifico, ma se ne possono individuare due approcci fondamentali: il metodo definito induttivo, basato sull'assioma che una ipotesi per poter diventare teoria, e quindi essere riconosciuta nella comunità scientifica, debba essere verificata (principio di verificabilità), partendo proprio da quello che fece Galileo durante i suoi studi sul moto e sui pianeti; il metodo deduttivo invece, si rifà alle idee di Popper e dice che nessuna teoria potrà mai essere dimostrata vera a tutti gli effetti e in modo assoluto, ma al massimo si potrà confutare, cioè smentirne la validità (principio di falsificabilità).

Nella pratica una distinzione così netta fra i due metodi non esiste, ma essi sono integrati fra di loro ed utilizzati indifferentemente, perché poi, in effetti, non sono altro che l'evoluzione uno dell'altro.

Metodo Induttivo

Come ho detto, questo approccio si basa su quello che viene definito principio di verificabilità, cioè il principio secondo cui, quando faccio una ipotesi su un determinato fenomeno che ho osservato, ne devo verificare la veridicità tramite un esperimento.

Possiamo schematizzarlo così:

• Osservazione: si identificano le caratteristiche di un dato fenomeno attraverso delle prove che devono essere riproducibili, cioè un qualsiasi altro operatore in qualsiasi altra parte del mondo deve essere in grado di effettuare queste prove nello stesso modo e ottenere gli stessi risultati. A queste prove si dà il nome di Misure

• Esperimento: si perturba il sistema che si sta osservando e se ne misura la risposta (ad esempio Galileo, per spiegare il concetto di accelerazione, fece rotolare un oggetto su di un piano inclinato, andandone a misurare la velocità in ogni punto)

• Correlazione delle misure: si analizzano i dati raccolti prima e dopo l'esperimento, mettendoli in correlazione fra di loro per poter costruire un modello che spieghi il fenomeno.

• Teoria: si formula quindi una legge che spieghi il fenomeno in base a quanto osservato sperimentalmente

Metodo deduttivo

Attraverso gli anni, il metodo scientifico inventato da Galileo si è evoluto, diventando più complesso, ma anche più completo. Il filosofo Karl Popper elaborò un metodo diverso, basato non più su un ragionamento induttivo, ma sulla deduzione e la logica, secondo il quale la ricerca di una verità oggettiva non può basarsi su assoluti, ma sugli errori, e che solo dagli errori si può migliorare ed evolversi.

Il metodo deduttivo è quindi leggermente più complicato da schematizzare:

La statistica

Quindi basta un solo esperimento, per poter accertare o confutare una teoria scientifica?

Beh, se così fosse allora davvero quel nostro cugino avrebbe ragione, perché sarebbe sufficiente un solo avvenimento per avere la strada spianata verso il premio Nobel. 

Esempio di un grafico che si può trovare in un articolo scientifico

Facciamo un esempio: ho mal di testa, perciò prendo un antidolorifico, uno di quelli comunissimi che si possono trovare in qualsiasi farmacia. Dopo aver preso quella pillola, esco a fare una passeggiata e mentre attraverso la strada vengo investita da un'auto che non si è fermata al semaforo. Secondo quello che chiameremo il ragionamento "mio cugino" quel farmaco causa come effetto collaterale quello di finire in ospedale per incidente stradale. Naturalmente è una conclusione totalmente assurda, ma non si discosta poi molto da alcune delle notizie pseudoscientifiche che si sentono in televisione o sui giornali. Su alcuni bugiardini si trovano persino indicate cose come "annegamento" o "incidente stradale" fra gli avvenimenti verificatesi dopo l'assunzione di quel tale farmaco.

È qui che interviene la statistica, una scienza importantissima per tutti gli scienziati che vogliono essere presi sul serio, fondamentale quando si parla di verità scientifica. 

Non è sufficiente che un evento si sia verificato una sola volta per essere scientificamente rilevante, ma non è sufficiente nemmeno che si sia verificato due, tre, dieci volte. Tutti gli studi scientifici, in particolare quelli che si riferiscono a dover studiare un qualcosa che potrebbe apportare benefici o effetti collaterali, devono basarsi su un numero statisticamente rilevante di esperimenti: quando si brevetta un farmaco ad esempio, si va a verificare su un numero molto alto di pazienti, addirittura la sperimentazione continua anche dopo che quel farmaco viene immesso sul mercato, per poter accedere a un numero di dati che sarebbe altrimenti impossibile raggiungere in laboratorio.

Naturalmente il processo che porta a misurare, collezionare e analizzare i dati emersi da una sperimentazione, correlandoli fra loro attraverso la statistica, è molto più lungo e complesso, ma questo sarà oggetto di una prossima puntata, per il momento sapete che bisogna diffidare sempre di chi riporta avvenimenti senza una certa quantità di prove avvalorate da una corretta applicazione del metodo scientifico, misure ben effettuate e statisticamente rilevanti. 

Per approfondire:

http://stradeonline.it/scienza-e-razionalita/2783-medicina-e-metodo-scientifico-anche-la-democrazia-non-e-un-opinione

Galileo Galilei, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, BUR Rizzoli, 2008

K. R. Popper, Logica della scoperta scientifica, Einaudi, Torino 1970

http://undsci.berkeley.edu/article/intro_01