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Tutti gli antenati dell'uomo di Ian Tattersall illustrazioni di Jay H. Matternes Oggi Homo sapiens è il solo rappresentante del Condividendo lo stesso ambiente, quattro tipi di ominidi visse- ro circa 1,8 milioni di anni fa in quella che attualmente è parte proprio genere sulla Terra; tuttavia, per almeno del Kenya settentrionale. Per quanto i paleoantropologi non abbiano alcuna idea di come (o se) queste specie differenti inte- quattro milioni di anni, numerose specie di ominidi ragissero, essi sanno per certo che Paranthropus boisei, Homo rudolfensis, Homo habilis e Homo ergaster trovavano sosten- condivisero il pianeta e perfino gli stessi habitat tamento nella stessa area attorno al Lago Turkana. PARANTHROPUS BOISEI HOMO RUDOLFENSIS HOMO HABILIS HOMO ERGASTER, aveva mascelle possenti, era un ominide dotato è stato così denominato talvolta chiamato «Homo dotate di enormi molari di cervello relativamente in quanto ritenuto erectus africano», aveva un adattati a quella che si grande, a giudicare dal l'autore degli utensili litici cranio alto e arrotondato e presuppone fosse una celebre cranio KNM-ER di 1,8 milioni di anni fa uno scheletro molto simile dieta di tipo vegetariano. 1470. La testa era quindi scoperti a Olduvai Gorge, a quello degli esseri umani Il suo cranio è diversa da quella in Tanzania. Questo moderni. Sebbene H. proporzionatamente di H. habilis, dotato ominide otteneva ergaster con ogni evidenza massiccio, ma non è di cranio più piccolo, schegge taglienti si nutrisse di carne, i suoi dato sapere se questo ma le sue proporzioni percuotendo ciottoli denti masticatori sono ominide, in quanto a corporee sono in realtà l'uno contro l'altro. relativamente piccoli. Il dimensioni corporee, sconosciute. miglior esemplare di fosse significativamente questa specie di ominidi è più grande dei «gracili» l'adolescente di circa 1,6 australopitechi. milioni di anni fa conosciuto come «ragazzo del Turkana». 30 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 31 orno sapiens ha la Terra tutta per sé da 25 000 anni o giù di lì, senza doverla contendere ad al- H tri ominidi: un periodo evidentemente abbastanza lungo perché sviluppassimo il profondo convinci- mento che questa condizione di predominio indiscusso sia uno stato di cose del tutto naturale e appropriato. Così naturale e appropriato, anzi, da far sì che negli anni cinquanta e sessanta emergesse una scuola di pensiero secondo cui potrebbe esistere una sola specie per volta di orni- nidi, dal momento che non ci sarebbe spazio ecologico a sufficienza sul pianeta per più di una specie in grado di svi- luppare cultura. La cosiddetta «ipotesi della singola specie» non è mai stata molto convincente, neppure nei termini della (scarsa) documentazione fossile sugli ominidi che si aveva a disposizione 35 anni fa. Ma la storia implicita in questa ipotesi, che narrava della lenta trasformazione di un curvo e ottenebrato ominide ancestrale nell'aggraziato e dotato Ho- mo sapiens moderno era assai affascinante, come tutte le fa- vole che narrano di ranocchi trasformati in principi. Per abbandonare questa ipotesi così seducente si dovette attendere la fine degli anni settanta, con l'incontrovertibile scoperta della coesistenza di specie di ominidi - circa 1,8 milioni di anni fa - in quello che oggi è il Kenya settentrionale. E nonostante ciò molti paleoantropologi hanno con- tinuato a inclinare verso una interpretazione minimalista della documentazione fossile. La loro tendenza era quella di sottostimare il numero di specie e di raggruppare fossili notevolmente diversi sotto etichette vaghe come «Homo sapiens arcaico». Di conseguenza, essi perdevano sovente di vista il fatto che molti tipi di ominidi hanno regolarmente trovato il modo di coesistere. Per quanto la tendenza minimalista non sia venuta meno, alcune recenti scoperte mostrano come la storia biologica degli ominidi assomigli a quella di gran parte degli altri gruppi animali di successo. Tale storia è contrassegnata da diversità anziché da progressione lineare: le varie specie di ominidi si svilupparono, coesistettero, entrarono in competizione e decaddero; H. sapiens emerse alla fine come specie unica. Le ragioni di ciò non sono in generale rintracciabili, ma alcune interazioni accertate tra gli ultimi ominidi vissuti nella stessa epoca (H. sapiens e H. neanderthalensis) in due distinte regioni geografiche permettono di cogliere alcuni spunti interessanti. Fin dall'inizio, quasi dal momento stesso in cui il più antico ominide bipede - il primo australopiteco - mosse i primi passi fuori del folto della foresta, disponiamo di prove della diversità degli ominidi. Il possibile ominide più antico è Ardipithecus ramidus, rappresentato da fossili frammen- tari provenienti dal sito di Aramis, in Etiopia, di 4,4 milio- In Africa meridionale, alcuni ricercatori hanno appena ri- La grotta di Tuc d'Audoubert, in Francia, ni di anni (si veda il diagramma a pagina 35). Solo di poco ferito di avere trovato resti di un'altra specie di ominidi bipe- fu occupata tra circa 13 000 e 11 000 anni fa da più giovane è il più noto Australopithecus anamensis, da di primitivi, finora non ancora denominata né descritta, che H. sapiens (cultura di Cro-Magnon) che modellò siti del Kenya settentrionale di circa 4,2 milioni di anni fa. risalirebbe a 3,3 milioni di anni fa. A partire da circa 3 mi- un piccolo bisonte in argilla in un antro che Per quanto si sia sostenuto, in base a prove indirette, che lioni di anni fa, la stessa regione comincia a fornire fossili di si addentrava nel sottosuolo per quasi due Ardipithecus avesse postura eretta, questo ominide è scim- A. africanus, il primo australopiteco scoperto (nel 1924). chilometri. Gli ominidi di aspetto moderno miesco per diversi aspetti. Viceversa, A. anamensis appare Questa specie potrebbe essere sopravvissuta fino a poco più comparvero con ogni probabilità in Africa simile ad Australopithecus afarensis (3,8-3,0 milioni di an- di 2 milioni di anni fa. Una specie recentemente denominata intorno a 150 000 anni fa, e coesistettero con ni fa), la specie con piccolo cervello e faccia larga a cui ap- Australopithecus garbi, rinvenuta in Etiopia e datata a 2,5 altri ominidi per un certo tempo prima di parteneva la celebre Lucy. Molti resti di A. afarensis sono milioni di anni fa, è stata indicata come intermedia fra A. emergere definitivamente come unica stati trovati in vari siti dell'Africa orientale, ma alcuni ri- afarensis da un lato e un gruppo più ampio, che include gli specie della famiglia umana. Fino a cercatori hanno proposto che il complesso di fossili attri- australopitechi più recenti e Homo, dall'altro. Quasi esatta- circa 30 000 anni fa si sovrapposero buito ad A. afarensis possa contenere più di una specie, e mente alla stessa epoca risale il primo rappresentante degli con Homo neanderthalensis prima o poi la questione sarà riaperta. In ogni caso, A. afa- australopitechi «robusti», Paranthropus aethiopicus. (a sinistra) in Europa e nel rensis non era solo nel continente africano. Una mascella Questa forma arcaica è nota soprattutto grazie al cosid- Levante; le due specie di un australopiteco denominato A. bahrelghazali è stata detto «cranio nero» del Kenya settentrionale, di 2,5 milio- potrebbero inoltre essere state trovata di recente in Ciad. Questa specie è databile tra 3,5 ni di anni fa, e nel periodo compreso tra 2 e 1,4 milioni di contemporanee di Homo erectus e 3,0 milioni di anni fa e sarebbe pertanto coeva di Lucy. anni fa gli australopitechi robusti erano rappresentati in (a destra) che viveva a Giava. 32 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 33 tutta l'Africa orientale dal ben noto P. boisei. In Africa me- cora sulla paleoantropologia, e molti miei colleghi soster- —0 Homo sapiens (tutto il mondo) lungo nelle aspre condizioni delle ridionale, intorno a 1,6 milioni di anni fa, gli australopite- rebbero che questo scenario sovrastima la diversità. Ci so- ultime glaciazioni, erano privi di chi robusti comprendevano P. robustus e forse anche una no molti modi per semplificare il quadro, ma per lo più si H. neanderthalensis quella scintilla di creatività che a- (Europa e Asia occidentale) seconda specie strettamente affine, P. crassidens. riducono all'espediente di ammassare tutte le varianti di vrebbe contraddistinto H. sapiens. Mi scuso di dover infliggere al lettore questo lungo elen- Homo comprese tra mezzo milione e due milioni di anni fa Sebbene l'origine di H. sapiens co di nomi, ma si tenga presente che esso, comunque, sot- nella specie H. sapiens. come entità fisica sia oscura, gli H. heidelbergensis (Vecchio Mondo) tostima il numero di specie di australopitechi esistite. Inol- Il mio personale punto di vista, viceversa, è che la venti- indizi sembrano convergere su tre non sappiamo quanto a lungo sia durata ognuna di na di specie di ominidi sopra evocate (se non nominate) una sua origine africana, forse tra • H. erectus (Asia orientale) queste specie. In ogni caso, anche supponendo che la lon- rappresentino una stima minima Non solo la documenta- 150 000 e 200 000 anni fa. I mo- H. antecessor gevità media di una specie sia stata solo di poche centinaia zione fossile nota è piena di indicazioni morfologiche di di- delli di comportamento di tipo (Spagna) di migliaia di anni, è chiaro che fin dagli inizi il continente versità in gran parte sottovalutate, ma sarebbe avventato moderno non iniziarono a emer- africano ospitò nello stesso tempo, almeno occasionalmen- sostenere che di ogni specie di ominidi esistita possediamo gere se non molto tempo dopo. Le te (e quasi certamente di continuo), diversi tipi di ominidi testimonianze fossili. In ogni caso, è chiaro che la storia migliori indicazioni provengono La comparsa del genere Homo non modificò la situazio- dell'evoluzione umana non è stata la lotta «lineare» di un P. robustus P. boisei da Israele e dintorni, dove i nean- (Africa meridionale) (Africa orientale) ne. I fossili datati tra 2,5 e 1,8 milioni di anni fa provenien- eroe solitario, ma piuttosto un procedimento a tentoni da dertaliani vivevano circa 200 000 ti dall'Africa orientale e meridionale che annunciano la parte della natura: una storia di ripetuti esperimenti evolu- H. habilis anni fa o forse anche prima. Intor- comparsa sulla scena di Homo sono molto variegati, e pro- tivi. La nostra storia biologica è contrassegnata da eventi (Africa subsahariana) no a 100 000 anni fa circa, a essi babilmente assai più diversificati di quanto indichi la loro sporadici piuttosto che da processi graduali. Negli ultimi H. rudolfensis si erano aggiunti esemplari di H. 7 convenzionale attribuzione alle sole due specie H. habilis e cinque milioni di anni sono regolarmente comparse nuove (Africa orientale) • sapiens anatomicamente moderni, H. rudolfensis. D'altronde, nel Turkana orientale (Kenya), specie di ominidi; esse sono entrate in competizione, sono 2 Al•C H. ergaster e la cosa sorprendente è che gli fra 1,9 e 1,8 milioni di anni fa, a queste due specie si ag- coesistite, hanno colonizzato nuovi ambienti e hanno ri- (Africa orientale) strumenti e i siti che le due specie giungevano non solo i membri dell'onnipresente P. boisei, portato successi o fallimenti. Abbiamo solo l'idea più vaga lasciarono sono pressoché iden- ma anche H. ergaster, il primo ominide caratterizzato da di come si sia svolta questa storia drammatica di innova- tici. A quanto si può affermare, una forma corporea essenzialmente moderna. Vi sono quin- zione e interazione, ma è già chiaro che la nostra specie, queste due specie si comportavano di prove della coesistenza di quattro specie di ominidi non lungi da essere il pinnacolo dell'albero evolutivo degli omi- in modi simili, nonostante le diffe- A. garhi solo su uno stesso continente, ma addirittura in uno stesso nidi, è semplicemente uno fra i suoi molti ramoscelli. (Etiopia) renze anatomiche. E finché conti- ambiente (si vedano le illustrazioni alle pagine 30 e 31). nuarono a farlo, esse condivisero Il primo esodo di ominidi dall'Africa - presumibilmente Le radici della nostra solitudine Paranthropus aethiopicus lo stesso ambiente levantino. H. ergaster o un suo parente stretto - aprì vaste prospettive A. africanus (Africa orientale) La situazione in Europa non per ulteriori diversificazioni. Le tracce che permettono di Per quanto tutto ciò sia vero, H. sapiens rappresenta –3 (Africa potrebbe essere più differente. Qui ricostruire e datare questo movimento sono incerte, ma vi qualcosa di innegabilmente insolito, come esprime in mo- meridionale) i primi siti di H. sapiens risalgo- sono indicazioni del fatto che taluni ominidi avessero rag- do convincente il fatto che oggi, al mondo, siamo soli. Di no a solo 40 000 anni fa circa, e giunto la Cina e Giava 1,8 milioni di anni fa. Una mandi- qualunque cosa si tratti, questo «quid» ha a che fare con il più o meno 10 000 anni dopo gli A. afarensis (Etiopia e Tanzania) bola databile a quell'epoca, scoperta a Dmanisi nella Geor- modo in cui ci rapportiamo con il mondo esterno: è quindi un tempo onnipresenti neanderta- gia ex sovietica, è nettamente diversa da tutti i reperti pre- un fattore comportamentale, e ciò significa che per metter- 7 liani si potevano dire scomparsi. I A bahrelghazali »"--- cedenti (si veda l'articolo Le migrazioni degli ominidi di lo in luce dobbiamo guardare alla documentazione archeo- rappresentanti di H. sapiens che (Ciad) Ian Tattersall in «Le Scienze» n. 346, giugno 1997). Intor- logica. Questa inizia circa 2,5 milioni di anni fa, con la invasero l'Europa portarono con no a un milione di anni fa, H. ere ctus si era ormai stabilito produzione dei primi utensili in pietra riconoscibili. Non sé ampie manifestazioni di una sia a Giava sia in Cina, ed è possibile che a Giava fosse an- sappiamo esattamente chi sia stato l'inventore degli stru- sensibilità moderna ben sviluppa- –4 che presente un'altra specie più robusta di ominidi. All'al- menti litici scheggiati, ma probabilmente lo si può chiama- Questo ipotetico albero genealogico ta e senza precedenti. Non solo es- tra estremità del continente eurasiatico, i fossili di ominidi re australopiteco. Ardipithecus ramidus mostra la varietà di specie di ominidi si possedevano una nuova tec- europei più antichi che si conoscano - di circa 800 000 an- Questa innovazione rappresentò un salto cognitivo di pri- (Etiopia) Australopithecus che hanno popolato il pianeta (alcu- nologia di lavorazione della pietra ni fa - sono assai peculiari, e sono stati catalogati dai loro maria importanza, ed ebbe conseguenze a lungo termine per anamensis ne conosciute solo grazie a frammen- da «Paleolitico superiore», basata (Kenya) scopritori spagnoli sotto l'etichetta H. antecessor. gli ominidi; essa inaugurò anche una storia assai discontinua ti di cranio o di mandibola). Come sulla produzione di «lame» multi- Circa 600 000 anni fa, in Africa, si hanno le prime prove di cambiamenti tecnologici. Ci volle un intero milione di an- indica l'albero, l'emergere di Homo ple lunghe e sottili da nuclei cilin- della presenza di H. heidelbergensis, una specie segnalata ni prima della successiva innovazione rilevante, l'invenzione, sapiens non è stato un singolo pro- drici, ma fabbricavano utensili di anche in siti europei - e forse cinesi - tra 500 000 e 200 000 probabilmente da parte di H. ergaster, della cosiddetta ascia cesso di trasformazione lineare di osso e corno, dimostrando una anni fa. Via via che acquisiamo nuove nozioni su H. hei- a mano bifacciale. Tale invenzione presuppone il rispetto di una specie in un'altra, ma un'evolu- squisita sensibilità per le caratteri- delbergensis, siamo sempre più convinti che in realtà in una simmetria, ed è quindi la prima a testimoniare dell'esi- zione tortuosa e dai molti aspetti. stiche di questi materiali. questo gruppo di fossili siano rappresentate diverse specie. stenza di un'immagine mentale cui l'esecutore si sarebbe at- Fatto ancora più significativo, In Europa H. heidelbergensis o un suo stretto parente die- tenuto nel foggiare l'oggetto. Questa immagine rimase pres- essi portarono con sé l'arte, nella de origine a un gruppo endemico di ominidi il cui più noto soché invariata per un altro milione di anni o più, fino all'in- con altri materiali durevoli. E molti archeologi tendono a forma di sculture, incisioni e spettacolari pitture rupestri; rappresentante fu H. neanderthalensis, una specie europea venzione degli utensili su nucleo preparato da parte di H. negare che abbiano avuto tecniche di caccia sofisticate. inoltre incidevano conteggi e calendari su placche di osso e e ovest-asiatica che fiorì tra circa 200 000 e 30 000 anni fa. heidelbergensis o di un suo parente. In questo caso un nu- Inoltre, a dispetto delle prime fuorvianti affermazioni su di pietra; facevano musica con strumenti a fiato; produce- La rara documentazione fossile africana fa pensare che al- cleo di selce veniva lavorato con cura in modo tale da stac- strani «culti dell'orso» e altri rituali neandertaliani, finora vano elaborati ornamenti personali; dotavano alcune delle l'epoca qui stessero avvenendo sviluppi indipendenti, tra care con un colpo singolo il prodotto finito. non sono state trovate prove significative di comportamen- elaborate sepolture dei loro morti di offerte votive (e ciò ri- cui l'emergere di H. sapiens. E a Giava, alcuni possibili fos- Tra i più abili professionisti della tecnologia del nucleo ti simbolici di questi ominidi o della loro produzione di og- vela l'esistenza di una stratificazione sociale, oltreché una sili di H. ere ctus provenienti dal sito di Ngandong sono ap- preparato vi erano i neandertaliani, dal grande volume cra- getti simbolici (certamente, non prima che essi entrassero credenza nell'oltretomba, dato che non tutte le sepolture pena stati datati a circa 40 000 anni fa: ciò implicherebbe nico, dalla faccia larga e dalla fronte bassa. Essi occuparo- in contatto con esseri umani di tipo moderno). Perfino erano ugualmente ricche); i loro siti di abitazione erano al- che quell'area abbia visto una storia evolutiva di ominidi no l'Europa e l'Asia occidentale fino a circa 30 000 anni l'occasionale pratica neandertaliana di seppellire i morti tamente organizzati, e vi sono prove di sofisticate tecniche indigeni forse durata anche per milioni di anni. fa. Dato che lasciarono un'eccellente documentazione di se potrebbe essere stata semplicemente un modo per scorag- di caccia e pesca. L'innovazione tecnologica aveva ormai Il quadro dell'evoluzione degli ominidi fin qui dipinto è stessi e furono bruscamente rimpiazzati dagli umani mo- giare le incursioni di iene nei loro spazi vitali, o potrebbe perso la propria discontinuità: i perfezionamenti erano di- alquanto lontano dallo scenario «Australopithecus africa- derni che fecero lo stesso, i neandertaliani ci offrono un avere comunque un'altra spiegazione «profana», dal mo- venuti costanti. Insomma, questa gente era ormai noi. nus generò Homo ere ctus che generò Homo sapiens», pre- metro di valutazione particolarmente istruttivo con il qua- mento che le sepolture neandertaliane mancano di «doni Per tutti questi aspetti, le prime popolazioni del Paleoli- valente una quarantina di anni fa. Naturalmente il nuovo le giudicare la nostra unicità. Le capacità di lavorazione votivi» che attesterebbero credenze in una vita dopo la tico superiore differivano nettamente dai neandertaliani. scenario si deve alla grande quantità di fossili scoperti da della pietra dei neandertaliani erano impressionanti, anche morte. In altre parole i neandertaliani, per quanto degni di Sembra che alcuni neandertaliani in Europa abbiano ap- allora. Tuttavia il fardello del pensiero «lineare» pesa an- se stereotipate, ma essi quasi non lasciarono utensili fatti ammirazione sotto vari riguardi e capaci di sopravvivere a preso nuove tecniche e comportamenti dall'arrivo di H. sa- 34 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 35 piens, ma non abbiamo indicazioni dirette sulla natura del- che modo la nostra stirpe è passata al pensiero simbolico da le interazioni tra le due specie. Alla luce della rapida scom- un precedente stato di pensiero non simbolico. La sola possi- parsa dei neandertaliani, però, possiamo ragionevolmente bilità plausibile è che, con l'avvento dell'anatomicamente assumere che le interazioni non siano state troppo felici per moderno H. sapiens, alcune abilità preesistenti si siano for- loro. Il motivo ricorrente nei siti archeologici è quello della tuitamente combinate con innovazioni genetiche relativa- rapida sostituzione, e non vi è alcuna convincente prova mente piccole creando un potenziale senza precedenti. biologica di una commistione tra le due specie in Europa. Ma la storia non può essere tutta qui, dato che esseri Nel Levante, la coesistenza cessò - dopo circa 60 000 an- umani anatomicamente moderni si comportarono in modo ni - all'epoca in cui cominciarono ad apparire utensili del arcaico per lungo tempo prima di adottare i comportamen- tipo del Paleolitico superiore. Circa 40 000 anni fa i nean- ti moderni. Questa discrepanza potrebbe essere il risultato dertaliani del Levante cedettero le armi a un H. sapiens che della tardiva comparsa di alcune innovazioni prive di corri- si presume culturalmente ricco, come avevano fatto le loro spettivo nella struttura scheletrica (che è tutto ciò che ci re- controparti europee. sta). Ma ciò pare poco plausibile, perché avrebbe compor- La chiave per comprendere la differenza tra lo scenario tato un'ampia sostituzione di popolazioni di ominidi in europeo e quello levantino risiede, con tutta probabilità, nel- tempi assai brevi, e di questo non vi è alcuna prova. l'emergere della cognizione moderna (la quale, si può assu- E molto più plausibile che le moderne capacità umane mere, è equivalente all'avvento del pensiero simbolico). siano emerse più o meno in corrispondenza con l'origine di L'apparizione della struttura scheletrica moderna non aveva Homo sapiens, come abilità quiescenti attivate da uno sti- portato grandi cambiamenti; solo più tardi, con l'acquisizio- molo culturale. Se sufficientemente vantaggiosa, questa in- ne di modelli di comportamento pienamente moderni, H. novazione comportamentale potrebbe quindi essersi diffu- sapiens non tollerò più di dover competere con i congeneri. sa rapidamente per contatto culturale tra popolazioni che Per comprendere come sia avvenuto questo cambiamen- avevano già il potenziale per recepirla. Non sarebbe quindi to di sensibilità, dobbiamo richiamare alcune nozioni sui stata necessaria alcuna sostituzione di popolazione. processi evolutivi. Per prima cosa, tutte le innovazioni de- È impossibile accertare la natura di una simile innova- vono necessariamente manifestarsi nell'ambito di specie zione ma si può presumere che si sia trattato dell'invenzio- preesistenti (e dove se no?). Secondo: molte novità nascono ne del linguaggio. Questo infatti non è semplicemente il in un contesto prima (a volte molto tempo prima) di essere mezzo attraverso il quale ci comunichiamo vicendevolmen- cooptate in un contesto differente. Per esempio, gli ominidi te idee ed esperienze: esso è fondamentale per la stessa for- possedevano caratteristiche vocali essenzialmente moderne mulazione dei pensieri, in quanto implica l'attribuzione di già centinaia di migliaia di anni prima di quando vi sia ra- nomi e categorie a oggetti e sensazioni del mondo esterno e gione di pensare che essi abbiano iniziato a impiegare un interno, e la creazione di collegamenti tra i simboli mentali linguaggio articolato. Infine, dobbiamo sempre tenere a così prodotti. È di fatto impossibile, per noi, concepire un mente la possibilità che una coincidenza dia origine a qual- pensiero in assenza di linguaggio; la capacità di formare cosa di totalmente inaspettato: il classico esempio è quello simboli mentali è la fonte della nostra creatività, dato che dell'acqua, le cui proprietà sono impredicibili sulla base di solo dopo avere dato forma a questi simboli possiamo ri- quelle dell'ossigeno e dell'idrogeno presi separatamente. combinarli e porci domande del tipo «Che accade se... ?». Se combiniamo tutte queste osservazioni possiamo vedere Non sappiamo esattamente in che modo il linguaggio che, per quanto profonde possano essere state le conseguen- possa essere emerso in una popolazione locale di H. sa- ze dell'acquisizione del pensiero simbolico, il processo da cui piens. Ma sappiamo che un essere dotato della capacità di esso provenne non fu qualcosa di eccezionale. Al momento maneggiare simboli, per quanto non interamente raziona- non abbiamo idea di come il cervello umano moderno con- le, ha un potenziale competitivo eccezionale. E il resto del verta una miriade di scariche elettriche e chimiche in ciò che mondo vivente - Homo neanderthalensis compreso - ha sperimentiamo come coscienza. Sappiamo però che in qual- scoperto tutto ciò a proprie spese. IAN TATTERSALL e JAY H. TATTERSALL IAN, The Fossil Trail: MATTERNES collaborano dai pri- How We Know What We Think We mi anni novanta, in particolare per Know about Human Evolution, la Sala di biologia ed evoluzione u- Oxford University Press, 1995. mana dell'American Museum of Na- STRINGER CHRISTOPHER e McKIE RO- tural History di New York e il Museo BIN, African Exodus: The Origins of Gunma in Giappone (dove si trova il Modemn Humanity, Henry Holt, murale riprodotto alle pagine 32-33). 1997. Tattersall (a sinistra nella fotografia) HOWELLS WILLIAM, Getting Here: è nato in Inghilterra ed è cresciuto in The Story of Human Evolution, Com- Africa orientale. È curatore al Dipar- pass Press, 1997. timento di antropologia dell'Ameri- JABLONSKI NINA G. e AIELLO LESLIE can Museum of Natural History. C. (a cura), The Origin and Diversifi- Matternes è un artista e scultore cation of Language, University of Ca- che negli ultimi 40 anni si è specializ- lifornia Press, 1998. zato nella ricostruzione di primati e TATTERSALL IAN, The Last Nean- ominidi fossili. Oltre che per i suoi derthal: The Rise, Success and My- murali in vari musei, è assai conosciu- sterious Extinction of Our Closest to per le sue illustrazioni per l'editoria 2 Human Relatives, seconda edizione, e la televisione. Westview Press, 1999. 36 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 NISSIN FOODS Energia negativa: la sfida I AUDIO AtiO della fisica La costruzione di varchi spazio-temporali e di motori di curvatura richiederebbe una forma di energia molto insolita: purtroppo le stesse leggi fisiche che permettono l'esistenza di questa «energia negativa» sembrano porre limiti al suo comportamento di Lawrence H. Ford e Thomas A. Roman uò una regione di spazio contenere meno di nulla? Il senso comune suggerirebbe di no: il massimo che si P può fare è rimuovere tutta la materia e la radiazione e lasciare il vuoto. Ma la fisica quantistica ha una col- laudata abilità nello smentire l'intuizione, e questo caso lo conferma. Risulta infatti che una regione di spazio possa contenere meno di nulla: la sua energia per unità di volume, o densità di energia, può valere meno di zero. Le conseguenze, inutile dirlo, sono stravaganti. Secondo la teoria della gravitazione di Einstein - la relatività generale - la presenza di materia ed energia curva la struttura geome- trica dello spazio-tempo; ciò che noi percepiamo come gra- vità non è altro che la distorsione spazio-temporale prodotta dalla massa e dall'energia ordinarie, ovvero positive. Ma se fosse la cosiddetta materia esotica (con valori negativi di Se esistesse, un varco spazio-temporale apparirebbe come un'apertura energia o massa) a curvare lo spazio-tempo, potrebbero veri- sferica verso una remota parte del cosmo. In questa elaborazione foto- ficarsi fenomeni sorprendenti: varchi spazio-temporali grafica di Times Square, a New York, il varco permetterebbe di arriva- (wormhole in inglese) potrebbero servire come passaggi ver- re al Sahara con un solo passo, anziché trascorrere ore sull'aereo. Seb- so luoghi remoti dell'universo; motori di curvatura permet- bene non violi alcuna legge fisica nota, un simile varco richiederebbe terebbero di superare la velocità della luce; o ancora macchi- — --però una quantità di energia negativa non realistica. ne del tempo consentirebbero viaggi nel passato. L'energia 38 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 39 negativa potrebbe anche essere sfruttata per costruire mac- DENSITÀ LUCE ORDINARIA sa (si veda l'articolo La meccanica quantistica dei buchi più grandi collasserebbero così rapidamente che anche un DI ENERGIA chine a moto perpetuo o per distruggere i buchi neri. neri di Stephen W. Hawking in «Le Scienze» n. 105, mag- fascio di luce non avrebbe il tempo di attraversarli. Ma ciò che farebbe la felicità degli sceneggiatori di Star gio 1977). Sebbene il tasso di evaporazione sia elevato solo Alla fine degli anni ottanta molti ricercatori, tra cui Mi- Trek e di Ritorno al futuro è motivo di allarme per i fisici. per buchi neri di dimensioni subatomiche, la previsione chael S. Morris e Kip S. Thorne del California Institute of Un eventuale viaggio nel passato potrebbe creare paradossi fornisce un legame fondamentale con le leggi della termo- Technology e Matt Visser della Washington University, tro- che sono un classico della fantascienza (come uccidere il pro- dinamica: la radiazione di Hawking, infatti, permette ai varono un altro risultato: alcuni varchi potrebbero essere prio nonno prima che sia concepito il proprio padre), e l'esi- buchi neri di raggiungere l'equilibrio termico con l'ambien- grandi abbastanza per una persona o un veicolo spaziale. Ba- stenza della materia esotica avrebbe altre conseguenze non te circostante. sterebbe entrare in un varco sulla Terra e percorrere al suo meno problematiche. Si pone perciò una questione di fonda- A prima vista, il fenomeno porta a una contraddizione: interno una breve distanza per trovarsi, per esempio, nella mentale importanza: le leggi della fisica che permettono un se l'orizzonte è superabile soltanto procedendo verso l'in- Galassia di Andromeda. Il trucco è che i cunicoli percorribili POSIZIONE valore negativo di energia pongono un limite al suo compor- terno, come può un buco nero emettere energia all'ester- richiedono energia negativa; e poiché questa produce repul- tamento? Noi e altri abbiamo scoperto che la natura impone no? Poiché l'energia deve conservarsi, la produzione di sione gravitazionale, impedisce al varco di collassare. limiti stringenti sul valore e sulla durata dell'energia negati- DENSITÀ STATO SPREMUTO energia positiva, che gli osservatori lontani vedono come Perché un varco sia attraversabile, dovrebbe permettere DI ENERGIA va, limiti che rendono molto improbabile la costruzione di radiazione di Hawking, è necessariamente accompagnata il passaggio di segnali, almeno in forma di raggi luminosi. I varchi spazio-temporali e motori di curvatura. da un flusso di energia negativa verso l'interno del buco raggi che entrano a un'estremità sono convergenti, ma per nero. Tale energia è prodotta dall'enorme curvatura spa- emergere dall'altra devono essere divergenti; in altre paro- zio-temporale presente in prossimità del buco, che disturba le, devono «sfocarsi» nell'interno del varco (si veda l'illu- Due esempi di energia negativa le fluttuazioni del vuoto. L'energia negativa è quindi un strazione qui in basso). Lo sfocamento necessita di energia Prima di procedere, è utile fare chiarezza su alcuni punti fattore necessario per unificare coerentemente la fisica dei negativa, che agisce come una lente divergente, a differen- che possono generare confusione. L'energia negativa non E buchi neri con la termodinamica. za della curvatura dello spazio prodotta da un campo gra- ha nulla a che vedere con l'antimateria, che ha energia po- Ma un buco nero non è la sola regione curva dello spa- vitazionale attrattivo (di materia ordinaria), che agisce co- sitiva. Quando un elettrone e la sua antiparticella (il posi- zio-tempo in cui sembra che abbia un ruolo l'energia nega- me una lente convergente. POSIZIONE trone) collidono, i prodotti finali dell'annichilazione - i tiva: un'altra è il varco spazio-temporale, ossia un ipotetico raggi gamma - trasportano anch'essi energia positiva. Se le cunicolo che connette punti diversi dello spazio-tempo. I fi- Più veloce della luce? antiparticelle avessero energia negativa, una simile intera- sici ritengono che i varchi esistano solo alle scale di lun- zione darebbe origine a un'energia finale nulla. Neppure Le onde di luce ordinaria hanno densità di energia positiva o ghezza più piccole e che compaiano e scompaiano come le Su queste contorsioni dello spazio-tempo è basato un altro bisogna confondere l'energia negativa con l'energia asso- nulla in diversi punti dello spazio (in alto). Negli stati «spre- particelle virtuali (si veda l'articolo La gravità quantistica classico della fantascienza: il viaggio più veloce della luce. Nel ciata alla costante cosmologica, postulata nei modelli infla- muti», la densità di energia in un certo istante di tempo può di- di Bryce S. DeWitt in «Le Scienze» n. 186, febbraio 1984). 1994 Miguel Alcubierre Moya, allora all'Università del Gal- zionari dell'universo (si veda l'articolo L'antigravità co- venire, in qualche punto, negativa (in basso). Per compensa- Nei primi anni sessanta Robert Fuller e John A. Wheeler les a Cardiff, trovò una soluzione delle equazioni di Einstein smologica di Lawrence M. Krauss in «Le Scienze» n. 367, zione, il picco di energia positiva deve aumentare. mostrarono che, a causa della loro stessa gravità, i varchi che ha molte caratteristiche del motore di curvatura. Essa de- marzo 1999). Tale costante rappresenta una pressione negativa ma un'energia positiva. (Alcuni autori chiamano questa materia «esotica»; noi preferiamo riservare il termi- piatti metallici paralleli, elettricamente neutri, alterano le ne per le densità di energia negative.) fluttuazioni del vuoto in modo tale da attrarsi mutuamen- • siaI;l aclocnucnei tdtoe id siu eoni eerfgfieatt ni esognatoi vsata ntio pnr oèd forutttit oin d lealblao rfaatnotraio- tpei.a tItni ès engeugiatoti vfau: clea ldcuoela stuop cehrefi clai rdideuncsiotnào d lie e fnluerttguiaaz tiroan ii O> • ...rA -------------- • ww,,*••• • r.L..n • ;,=.,=,==;======s5=5ffi e derivano dal principio d'indeterminazione di Heisenberg, nella regione di spazio che le separa, creando energia e . .. ............ "" il quale richiede che la densità di energia di un campo elet- pressione negative che attraggono i piatti l'uno verso l'al- trico, magnetico o di qualunque altro tipo fluttui casual- tro. Quanto più ridotta è la separazione, tanto più negativi mente, anche quando è nullo il valor medio della densità di sono i valori di energia e di pressione e tanto più intensa è energia (come accade nel vuoto). Perciò il vuoto quantisti- la forza attrattiva. L'effetto Casimir è stato recentemente co non può mai essere vuoto nel senso classico del termine; misurato da Steve K. Lamoreaux, del Los Alamos National ' ...................................... è un turbinoso mare di particelle virtuali che compaiono e Laboratory, da Umar Mohideen dell'Università della Ca- / 0.1 ................. scompaiono spontaneamente. Nella teoria quantistica, l'u- lifornia a Riverside e dal suo collega Anushree Roy. Così s .................................. suale concetto di energia nulla corrisponde al vuoto con pure, negli anni settanta Paul C. W. Davies e Stephen A. o"Tor - ............. tutte queste fluttuazioni. Così, se si riuscisse in qualche Fulling, allora al King's College dell'Università di Londra, ............ ........ menoedrgoi aa dsim qourezllaar ec hlee noonrdmualalmzieonntie, hila v: uciootèo maverneob dbie z mereon.o sspoesctecnhnioe,r op ocshsea purnoad suurrpee urfni cfileu sisno m doi teon,e prgeira e nseegmatpiivoa .uno z..e.z.s.u!um-E=s.=.t.=u..lu.u.t..st.t..‘.%....‘.‘..‘.‘.‘...‘...‘....w.......r.......e............. • sz La ricerca nel campo dell'ottica quantistica ha prodotto Sia per l'effetto Casimir sia per gli stati spremuti, i ricer- at speciali stati di campo in cui fenomeni di interferenza di- catori hanno misurato solo gli effetti indiretti dell'energia ,i‘\\ \ 13.1%115us51uuuu= a- a1h. .............................. struttiva sopprimono le fluttuazioni del vuoto. I cosiddetti negativa. La rivelazione diretta, più difficoltosa, potrebbe ................ stati quantici «spremuti» (squeezed) implicano un'energia essere realizzata sfruttando gli spin atomici, come hanno .. negativa o, più precisamente, sono associati a zone di ener- proposto nel 1992 Peter G. Grove, allora al British Home gia alternatamente positiva e negativa. L'energia totale, me- Office, Adrian C. Ottewill, allora all'Università di Oxford, tratutasaeqUaY},e, fatigibatAkt-1-kk-Z-4:21=3T3: diata su tutto lo spazio, rimane positiva; la spremitura del e uno di noi (Ford). 1 ti»nttfa'rryo_iyìgliji+alrajika#- irat...rrurIAW‘Vgtjta~=gtaotrekgtn vdui oetnoe crgreiaa penoesritgiivaa n pergeasteivnate i na lutrno svieto. Ualn p triepzizcoo deis puner eimcceenstsoo Gravità e leggerezza trawsgarjr"."15~-,-„11+*"3„u-r~,---1,nn•nmo'"' -~"_.n."o n" no'i1 E utilizza fasci laser che attraversano materiali ottici non linea- 8 ri (si veda l'articolo Luce «spremuta» di Richart E. Slusher e Il concetto di energia negativa è presente in molte aree nnnn n — „ • Bernard Yurke in «Le Scienze» n. 239, luglio 1988). L'inten- della fisica moderna e ha uno stretto legame con i buchi sa luce laser induce nel materiale la produzione di coppie di neri, i misteriosi oggetti galattici il cui campo gravitaziona- quanti di luce (fotoni) che, in alternanza, incrementano o le è così intenso da non lasciar sfuggire nulla che si trovi Un varco spazio-temporale agisce come un cunicolo che colle- il cui campo gravitazionale permette ai fasci di luce convergen- sopprimono le fluttuazioni del vuoto, dando luogo, rispetti- entro il loro confine (chiamato orizzonte degli eventi). Se- ga due punti dello spazio. Per andare da A a B, i fasci luminosi ti di cominciare a divergere. (Il diagramma è una rappresenta- vamente, a zone di energia positiva o negativa. condo la famosa previsione formulata nel 1974 da Stephen possono entrare in un'imboccatura del varco, attraversarne il zione bidimensionale dello spazio tridimensionale. Le imboc- Un altro metodo per produrre energia negativa è quello W. Hawking, dell'Università di Cambridge, i buchi neri e- collo e uscire dalla parte opposta; il viaggio richiederebbe mol- cature e il collo del varco sono in realtà sferici.) Sebbene non di introdurre confini geometrici in uno spazio. Nel 1948 il vaporano emettendo radiazione, con un tasso di irradiazio- to più tempo se non potessero seguire questa scorciatoia. In sia mostrato nell'illustrazione, un varco può anche collegare fisico olandese Hendrik B. G. Casimir dimostrò che due ne inversamente proporzionale al quadrato della loro mas- corrispondenza del collo deve esservi energia negativa (in blu), due punti diversi del tempo. 40 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 41 La bolla spazio-temporale è IMIMEMIMMEMEMEMMIIMM VISTA IN AVANTI VISTA ALL'INDIETRO la migliore approssimazione ~ MEM. •••LENZELEMEZ • del fantascientifico «motore •••••n••111111 ••111••••••••1 superluminale» che la fisica moderna possa concepire. ••••••101P" ENERGIA NEGAT loWill•••••••11 Essa può trasportare un'a- MIMI% •...i.ke...1.11- i .••••• stronave a velocità arbitra- IIR\b , riamente alta. Lo spazio-tem- •••••I•k A1111••••••••••Tnnall•EIHE • po si contrae di fronte alla ,,,,ALAIRI••••••••••haffisr•••11 bolla, riducendo la distanza 11111/•••••••••••••••Ig,0•1111 del punto di arrivo, e si e- spande dietro di essa, au- ••%211kIEM111••••••••••Iir NAVE IN QUIETE mentando la distanza dal • Elk12111r,1••••••••••••••••1.11"••11 luogo di partenza (frecce). Il E MILINKVIDENEW--"Z••••••••EdillM111111 veicolo è in quiete rispetto • Elbawal••••••, 11111••••••111111111111111•111 • allo spazio circostante, e i MEM will••••11111 . --m111111•111111111111• membri dell'equipaggio non • 111~1111••••E ____-.1n31"1111111M percepiscono alcuna accele- razione. Sui lati della bolla mosimutmowww- a•mis••muum • • deve essere presente energia milivilvitumasmommummoquimum negativa (in blu). • Mr%Apàn E21••••111••••n ••Magoo#••• n • 111 0"•••••••••••••••11110•11EI ••/, On•EIUMITIMINTNINIIMIllooMME11 • 10 VOLTE LA VELOCITÀ DELLA LUCE E RE 01~1/1••••••••E•11 0,4•••11 ..uri wwwwWwm, Dal ponte di una astronave che si dirige più velocemente della •••••••b.. -.131.-9 "1"113er- In •EnN•••••N•I•M• luce verso il Piccolo Carro (in alto), le stelle non sembrano sfrecciare via come si vede in molti film di fantascienza. Via via che la velocità aumenta (a destra), le stelle di fronte alla nave wwwwwwzmailabil" -dilrea••••••••• (colonna di sinistra) appaiono sempre più vicine alla direzione •••••••••••••11111111•••••••••••••11 di moto e di colore sempre più blu. Dietro la nave (colonna di destra) le stelle si avvicinano alla direzione di poppa, tendono •••limummuM•E••IE•EEE•II•MEI• -oo o al rosso e infine scompaiono completamente alla vista. La luce EGEHIL DZE••••••••••••••••••••• 2 proveniente da stelle poste al di sotto o al di sopra della nave 2 rimane inalterata. 100 VOLTE LA VELOCITÀ DELLA LUCE scrive una bolla spazio-temporale in grado di trasportare vatura e qualunque altro metodo per effettuare viaggi più cipio della termodinamica, secondo il quale il grado di disor- danno è limitato finché la singolarità è nascosta entro l'oriz- un'astronave a velocità arbitrariamente alta rispetto a un os- veloci della luce, come è stato dimostrato, fra gli altri, da dine, o entropia, di un sistema non può diminuire senza una zonte degli eventi e la descrizione dei fenomeni al di fuori di servatore che si trovi al di fuori della bolla. Anche in questo Bruce Bassett di Oxford e Stefano Liberati della Scuola in- spesa energetica. Un frigorifero, che pompa calore dal pro- esso non ne è influenzata. Per questa ragione, Roger Penrose caso, i calcoli mostrano un valore negativo di energia. ternazionale superiore di studi avanzati (SISSA) di Trieste. prio interno freddo verso l'ambiente esterno più caldo, ri- di Oxford ha proposto l'ipotesi della «censura cosmica», se- Il motore di curvatura sembrerebbe violare la teoria spe- Se è possibile costruire varchi spazio-temporali o motori chiede una sorgente di energia. Per lo stesso principio, non è condo la quale non possono esistere singolarità nude, che ciale della relatività di Einstein, per la quale non è possibile di curvatura, anche il viaggio nel tempo potrebbe diventare possibile convertire completamente il calore in lavoro. non siano cioè schermate da un orizzonte degli eventi. superare in velocità un segnale luminoso percorrendo il suo possibile. Il trascorrere del tempo è relativo e dipende dalla L'energia negativa è potenzialmente in conflitto con il se- Per speciali tipi di buchi neri carichi o rotanti - detti buchi stesso cammino Quando lo spazio è curvato, dovrebbe però velocità dell'osservatore: una persona che lascia la Terra in condo principio Immaginiamo un laser esotico, che crei un neri estremi - anche un piccolo incremento della carica o del- essere possibile anticipare il segnale luminoso seguendo una un'astronave in moto a velocità prossima a quella della luce fascio costante di energia negativa: la conservazione dell'e- lo spin, o una diminuzione della massa, potrebbe in linea di via diversa: una scorciatoia creata dalla contrazione dello al suo ritorno sarà invecchiata meno di chiunque sia rimasto nergia richiede un flusso di energia positiva come prodotto principio distruggere l'orizzonte e convertire il buco nero in spazio-tempo di fronte alla bolla e dalla sua espansione die- sulla Terra. Se il viaggiatore riesce a superare la velocità del- secondario. Si potrebbe puntare il fascio di energia negativa una singolarità nuda. I tentativi di caricare o dotare di spin tro di essa (si veda l'illustrazione in questa pagina). la luce, magari seguendo una scorciatoia attraverso un varco verso un angolo remoto dell'universo e impiegare quella posi- buchi neri usando la materia ordinaria sembrano destinati al Un problema del modello di Alcubierre, evidenziato da spazio-temporale o mediante un motore di curvatura, po- tiva per uno scopo utile. Questa fonte di energia, a prima vi- fallimento. Si potrebbe pensare invece di produrre una ridu- Sergei V. Krasnikov dell'Osservatorio astronomico centra- trebbe ritornare prima di essere partito. Morris, Thorne e sta inesauribile, potrebbe essere usata per costruire una mac- zione della massa di un buco nero, senza variazione di carica le di Pulkovo, vicino a San Pietroburgo, è che l'interno del- Ulvi Yurtsever, allora al Caltech, proposero una macchina china per il moto perpetuo, in violazione del secondo princi- e spin, dirigendo su di esso un fascio di energia negativa, e la bolla non ha connessioni causali con il suo margine an- del tempo a varco spazio-temporale nel 1988, e nell'ultimo pio. Lo stesso fascio, diretto verso un bicchiere d'acqua, lo sovvertendo così la censura cosmica. Un simile fascio si po- teriore. Di conseguenza la bolla non può essere pilotata, decennio il loro lavoro ha ispirato molti studi sui viaggi nel raffredderebbe, fornendo al contempo un'energia positiva trebbe realizzare con uno specchio mobile: in linea di princi- avviata o arrestata dal comandante dell'astronave posta al tempo: nel 1992 Hawking ha dimostrato come la costruzio- sufficiente ad alimentare un piccolo motore: si avrebbe così pio, occorrerebbe poca energia negativa per produrre una suo interno, ma deve essere programmata in anticipo da un ne di una macchina del tempo in una regione finita di spa- un frigorifero che non necessita di energia esterna. I problemi drastica variazione nello stato di un buco nero estremo. agente esterno. Per aggirare questo problema, Krasnikov zio-tempo richieda necessariamente energia negativa. non derivano dall'esistenza dell'energia negativa, ma dall'as- Questo potrebbe essere lo scenario in cui l'energia negativa ha proposto un «tunnel superluminale», ossia un tubo di Le situazioni descritte sono così strane da far sospettare la senza di limiti alla separazione dei due tipi di energia; le con- ha maggiori probabilità di produrre effetti macroscopici. spazio-tempo modificato (diverso dal varco spazio-tempo- violazione di qualche legge fisica. Prima e dopo la creazione seguenze più profonde riguarderebbero i buchi neri. rale) che connetta la Terra con una stella lontana. Il tubo di uguali quantità di energia negativa e positiva in uno spa- La relatività generale descrive la nascita di un buco nero, Non separati e non uguali consentirebbe il viaggio superluminale solo in un senso e zio precedentemente vuoto, l'energia totale è nulla e la legge in seguito al collasso di una stella che ha esaurito il combu- dovrebbe essere creato dall'equipaggio dell'astronave du- di conservazione dell'energia è soddisfatta. Ma ci sono mol- stibile, come formazione di una singolarità, cioè di una regio- Sebbene permetta l'esistenza dell'energia negativa, la teoria rante il viaggio di andata, effettuato a velocità sublumina- ti fenomeni che, pur conservando l'energia totale, non si ve- ne in cui il campo gravitazionale raggiunge un valore infini- quantistica sembra porre forti restrizioni, proposte per la pri- le. Il viaggio di ritorno, invece, potrebbe essere effettuato rificano affatto nella realtà: un vetro rotto non si ripara da to, producendo fenomeni che nessuna legge fisica nota riesce ma volta da Ford nel 1978: le «disuguaglianze quantistiche». alla velocità consentita dalla curvatura. Il tunnel di Kra- solo, il calore non fluisce spontaneamente da un corpo fred- a descrivere. Questa incapacità è uno dei più gravi insuccessi Nello scorso decennio esse sono state dimostrate e approfon- snikov implica energia negativa, così come le bolle di cur- do a uno caldo. Questi effetti sono vietati dal secondo prin- dell'attuale descrizione matematica della natura. Tuttavia il dite da noi e da altri, tra cui Panna E. Flanagan della Cornell 42 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 43 University, Michael J. Pfenning, allora alla Tufts University, ENERGIA a poli un impulso di energia negativa prima che arrivi la corri- Christopher J. Fewster e Simon P. Eveson dell'Università di spondente energia positiva. Ma l'atto stesso di chiudere l'ot- ENERGIA York e Edward Teo della National University di Singapore. turatore crea un flusso di energia positiva all'interno della POSITIVA IMPULSO Le disuguaglianze hanno una certa somiglianza con il scatola tale da compensare l'energia negativa che dovrebbe DI ENERGIA principio d'indeterminazione, in quanto impongono che un POSITIVA essere intrappolata (si veda l'illustrazione a sinistra). fascio di energia negativa non possa essere arbitrariamente Nit Ci sono restrizioni simili per le violazioni della censura co- intenso per un tempo arbitrariamente lungo: i valori di ener- 11\ IMPULSO smica. Un impulso di energia negativa inviato in un buco ne- gia negativa permessi sono inversamente proporzionali alla DI ENERGIA ro carico potrebbe momentaneamente distruggere l'orizzon- sua estensione spazio-temporale. Un forte impulso di energia TEMPO NEGATIVA te degli eventi, esponendo la singolarità che sta all'interno. negativa deve essere breve; un impulso piccolo può durare Ma l'impulso sarebbe seguito da un impulso di energia posi- ENERGIA più a lungo. Inoltre un impulso iniziale deve essere seguito NEGATIVA tiva che riconvertirebbe la singolarità nuda in un buco nero, da un impulso più grande di energia positiva (si veda l'illu- secondo uno scenario che abbiamo chiamato lampeggia- strazione qui a fianco); e quanto maggiore è l'energia negati- mento cosmico. La migliore opportunità per osservare un si- va, tanto più vicina deve essere la sua controparte positiva. ENERGIA mile fenomeno sarebbe quella di rendere massima la separa- Le restrizioni sono indipendenti da come viene prodotta l'e- zione temporale tra i due impulsi, permettendo alla singola- nergia negativa. Quest'ultima può essere considerata come rità nuda di perdurare il più a lungo possibile. Ma in questo un prestito di energia: proprio come un debito è una quan- modo il valore dell'impulso di energia negativa sarebbe mol- tità negativa di denaro che deve essere ripagata, l'energia ne- to piccolo, come imposto dalle disuguaglianze quantistiche. a gativa è un debito di energia. La variazione di massa del buco nero causata dall'impulso di Nell'effetto Casimir, la densità di energia negativa può c energia negativa sarebbe coperta dalle normali fluttuazioni persistere indefinitamente, ma perché raggiunga valori eleva- IMPULSO DI quantistiche di massa, conseguenza naturale del principio ti è richiesta una separazione molto ridotta tra i piatti; il va- ENERGIA POSITIVA d'indeterminazione. L'immagine della singolarità nuda sa- CREATO DALLA041‘ lore della densità di energia negativa è inversamente propor- rebbe così confusa che un osservatore lontano non potrebbe CHIUSURA zionale alla quarta potenza della separazione. Così pure un TEMPO DELL'OTTURATORE accertare se la censura cosmica sia stata violata o no. impulso con un valore negativo molto grande è limitato nel Recentemente Frans Pretorius, allora alla University of tempo. In accordo con le disuguaglianze quantistiche, la Victoria, Fewster, Teo e noi abbiamo dimostrato che le disu- o ENERGIA densità di energia negativa nello spazio fra i piatti può scen- guaglianze quantistiche pongono limiti ancora più stringenti. TI; dere al di sotto del valore di Casimir ma solo temporanea- L'impulso positivo che segue un impulso negativo iniziale mente, per un intervallo di tempo tanto più piccolo quanto non deve solo compensare quest'ultimo; deve sovracompen- più ci si discosta da tale valore. I tentativi di aggirare le leggi quantistiche che limitano l'ener- sarlo. L'entità di questo eccesso cresce con l'intervallo di tem- Quando sono applicate ai varchi spazio-temporali e ai gia negativa falliscono inevitabilmente. Lo sperimentatore de- po tra gli impulsi: l'energia positiva deve sempre dominare, motori di curvatura, le disuguaglianze implicano o che tali sidera separare un impulso di energia negativa dall'impulso per l'effetto degli «interessi quantistici». Se l'energia negativa strutture debbano essere limitate a scale submicroscopiche positivo che lo compensa. Quando gli impulsi si avvicinano al- è un debito energetico, tale debito deve essere pagato con gli oppure, se sono macroscopiche, che l'energia negativa resti la scatola (a), egli chiude l'otturatore dopo l'ingresso di quello interessi; quanto più è lungo e consistente, tanto più alti sono E confinata in bande incredibilmente sottili. Nel 1996 abbia- TEMPO 2 negativo, cercando di isolarlo (b). Ma l'atto stesso di chiudere gli interessi. Inoltre il massimo periodo di debito permesso è mo dimostrato che un varco spazio-temporale submicrosco- T, il coperchio crea un secondo impulso di energia positiva all'in- inversamente proporzionale all'entità del debito. pico avrebbe una strozzatura con un raggio di circa 10-32 terno della scatola (c). Il concetto di energia negativa chiama in causa molte aree metri, un valore solo di poco maggiore dei 10-35 metri della della fisica: gravitazione, teoria quantistica, termodinami- lunghezza di Planck (la più piccola distanza che abbia un si- ca. L'intreccio fra i diversi ambiti illustra la coerenza logica gnificato definito). Inoltre sono possibili modelli di varchi Gli impulsi di energia negativa sono permessi solo a tre condizio- subito riscaldato dall'impulso di energia positiva successivo. dell'insieme delle leggi di natura. Da una parte, l'energia ne- spazio-temporali di dimensioni macroscopiche solo se l'ener- ni: quanto più a lungo dura l'impulso, tanto più esso deve essere Un debole impulso di energia negativa sarebbe maggiormen- gativa sembra essere necessaria per conciliare buchi neri e gia negativa è confinata in una striscia molto sottile intorno debole (a, b); ogni impulso di energia negativa deve essere seguito te distanziato nel tempo dalla sua controparte positiva, ma i termodinamica; dall'altra, la fisica quantistica impedisce l'il- alla strozzatura. Una strozzatura di un metro richiede un'e- da un impulso più grande di energia positiva; quanto più è lungo suoi effetti sarebbero indistinguibili dalle normali fluttuazio- limitata produzione di energia negativa, che violerebbe il se- nergia negativa limitata a una banda non più ampia di 10-21 l'intervallo di tempo tra i due impulsi, tanto più grande deve esse- ni termiche. Qualunque tentativo di separare l'energia nega- condo principio della termodinamica. Rimane da verificare metri. Visser ha stimato che l'energia negativa richiesta per re quello positivo, per un effetto detto «interesse quantistico» (c). tiva da quella positiva sembra votato al fallimento. Si po- se queste restrizioni siano indizi di una sottostante e più un varco spazio-temporale di queste dimensioni debba avere trebbe pensare di intercettare un fascio di energia con una profonda teoria, come la gravità quantistica. La natura, sen- un valore pari all'energia fornita in un anno da 10 miliardi scatola dotata di un otturatore che, una volta chiuso, intrap- za dubbio, ha in serbo ancora qualche sorpresa. di stelle; per varchi più ampi la situazione non migliora di tri. Una bolla abbastanza grande per contenere un'astronave molto. Secondo lo stesso modello, il massimo spessore per- lunga 200 metri richiederebbe una quantità di energia nega- messo della banda di energia negativa è proporzionale alla tiva pari a 10 miliardi di volte la massa dell'universo osser- radice cubica del raggio della strozzatura. Anche se tale rag- vabile. Più o meno lo stesso vale per il tunnel superluminale LAWRENCE H. FORD e THOMAS A. ROMAN THORNE KIP S., Black Holes and Time Warps: Einstein's Outra- gio è aumentato fino alle dimensioni di un anno luce, l'ener- di Krasnikov. Una modificazione del modello di Alcubierre è collaborano sulla questione dell'energia negativa da geous Legacy, W. W. Norton, 1994. gia negativa deve rimanere confinata in una regione più pic- stata proposta recentemente da Chris Van Den Broeck del- oltre un decennio. Ford ha conseguito il Ph. D. alla VISSER mATT, Lorentzian Wormholes: From Einstein to cola del raggio protonico, e la quantità totale necessaria cre- l'Università Cattolica di Lovanio, in Belgio. Essa richiede Princeton University nel 1974, lavorando con John Hawking, American Institute of Physics Press, 1996. sce linearmente con le dimensioni della strozzatura. quantità molto inferiori di energia negativa, ma pone l'ardua Wheeler, uno dei fondatori della fisica dei buchi neri. FORD L. H. e ROMAN T. A., Quantum Field Theory Constrains I progettisti di varchi spazio-temporali si troverebbero co- sfida di infilare l'astronave in una bottiglia di spazio-tempo Ora insegna fisica alla Tufts University e lavora sui Traversable Wormhole Geometries in «Physical Review D», 53, sì di fronte al terrificante problema di confinare grandi curvo il cui collo misura 10-32 metri di diametro. Questi ri- problemi della relatività generale e delle teorie quanti- n. 10, 15 maggio 1996. quantità di energia negativa in volumi estremamente ridotti. sultati rendono quindi piuttosto improbabile la costruzione stiche, in particolare sulle fluttuazioni quantistiche. PFENNING M. J. e FORD L. H., The Unphysical Nature of Warp Le cosiddette stringhe cosmiche, ipotizzate da alcune teorie di varchi spazio-temporali e motori di curvatura utilizzando Roman ha conseguito il Ph. D. nel 1981 presso l'Uni- Drive in «Classical and Quantum Gravity», 14, n. 7, luglio 1997. cosmologiche, comportano densità di energia molto alte l'energia negativa generata da effetti quantistici. versità di Syracuse, avendo come relatore Peter Berg- DAVIES PAUL, Paradox Lost in «New Scientist», 157, n. 2126, concentrate in linee lunghe e sottili; ma in tutti i modelli mann, che collaborò con Einstein sulle teorie di campo 21 marzo 1998. plausibili le stringhe hanno energia positiva. Lampeggiamenti cosmici unificate. Roman è stato spesso visitor al Tufts Institu- NAHIN PAUL J., Time Machines: Time Travel in Physics, Me- I motori di curvatura sono ancora più limitati, come mo- te of Cosmology negli ultimi 10 anni ed è docente di taphysics, and Science Fiction (seconda edizione), AIP Press, e interessi quantistici strato da Pfenning e Allen Everett della Tufts University, che fisica alla Central Connecticut State University. I suoi Springer-Verlag, 1999. lavorano con il nostro gruppo. Nel modello di Alcubierre, Le disuguaglianze quantistiche impediscono le violazioni interessi vertono sulle conseguenze dell'energia negati- FORD L. H. e ROMAN T. A., The Quantum Interest Conjecture in una bolla di curvatura che si muova a 10 volte la velocità del secondo principio della termodinamica. Un oggetto cal- va e sulla teoria quantistica della gravitazione. «Physical Review D», 60, n. 10, articolo 104018, 15 novembre 1999. della luce deve avere una parete non più spessa di 10-32 me- do raffreddato da un impulso di energia negativa verrebbe 44 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 45 Sulle tracce della «sindrome X» di Barbara Bernardini « rescere nella Germania del Il cambiamento che conduce dal vaso dopoguerra mi ha inse- sano e pervio (a) alla formazione di una Insulino-resistenza, diabete gnato qualcosa che è dif- placca e alla parziale occlusione può ficile dimenticare. Quando le persone durare decenni. A questo stadio (b) il e malattie vascolari potrebbero avevano relativamente poco da man- danno vascolare può essere ancora asin- giare, di malattie come l'aterosclerosi e tomatico e la sua evoluzione è condizio- avere cause metaboliche il diabete non insulino-dipendente pra- nata da molti fattori. La rottura della e genetiche comuni che, ticamente non si sentiva parlare. Oggi placca conduce alla liberazione di fatto- invece queste malattie si manifestano ri pro-coagulanti che determinano la una volta individuate, in proporzioni epidemiche.» Con que- formazione di un trombo (c e foto) nel- ste parole, commentando i dati dell'I- l'arco di pochi minuti. L'occlusione del rappresenterebbero un preciso RAS (Insulin Resistance and Athero- vaso è improvvisa e determina l'interru- sclerosis Study), Heinrich Taegtmeyer, zione del flusso sanguigno verso una zo- bersaglio per nuove strategie dell'Università di Houston, nel Texas, na del tessuto (ischemia). Nei casi più apriva un editoriale sulla rivista scien- gravi l'ischemia si localizza nel cuore terapeutiche tifica « Circulation» nel 1998. 2 (d), o nel cervello. Lo studio IRAS è solo uno degli ultimi sforzi compiuti per comprendere i meccanismi e la diffusione di una pato- terapia efficace. E sebbene il cancro gia ha permesso di stabilire che la pre- logia conosciuta in medicina come rappresenti un grave problema per la valenza di queste malattie varia secon- «sindrome X» e le semplici osservazio- salute pubblica, sono le malattie vasco- do la razza, il sesso, l'età, ma resta co- ni del professore di origine tedesca so- lari ad avere sulla mortalità l'impatto munque sempre altissima tra le perso- no un po' il riassunto degli studi com- più dirompente: nel solo 1997 sono ne affette da ipertensione, obesità del piuti negli ultimi trent'anni. Questa state responsabili di oltre il 30 per cen- tronco, così come nei pazienti dislipi- sindrome, nota anche come «sindrome to dei 50 milioni di morti nel mondo. demici (che posseggono cioè anomalie da insulino-resistenza», ha guadagnato Tutte le malattie ischemiche del siste- nei livelli plasmatici di colesterolo e tri- negli anni una crescente importanza, ma circolatorio, quelle dovute cioè al- gliceridi). Ancora maggiore è la preva- da quando appunto si sono verificati l'interruzione improvvisa del flusso di lenza tra gli affetti da intolleranza al cambiamenti drastici nello stile di vita ossigeno verso i tessuti, siano esse car- glucosio e da diabete mellito non insu- di parte della popolazione mondiale e diache o cerebrali, hanno caratteristi- lino-dipendente, dove le malattie va- nella disponibilità di risorse alimentari. che comuni e scaturiscono dall'occlu- scolari rappresentano da sole oltre l'80 Ma per comprendere i motivi di tanto sione di un vaso sanguigno. La loro è per cento delle cause di morte. sforzo di ricerca bisogna capire come però una natura subdola perché «l'at- Questi disturbi del metabolismo si essa sia legata in modo indissolubile a tacco» si manifesta improvvisamente in presentano spesso associati fra loro, malattie fra le più frequenti e letali nel pochi minuti, a partire da un processo come fossero collegati da una relazione panorama mondiale: quelle vascolari. di danneggiamento progressivo a cari- fisiologica. Nel 1988, Gerald Reaven Nel mondo industrializzato sono tre co del sistema vascolare che può essere della Stanford University, in Califor- le cause di morte di grande rilevanza iniziato anche molti anni prima. Le nia, suggerì che dovesse trattarsi di una sociale: l'AIDS, il cancro e le malattie modificazioni dei vasi sono infatti spes- associazione non casuale e descrisse cardio- e cerebro-vascolari. In linea ge- so asintomatiche e quindi sfuggenti, co- questi disturbi come un gruppo omo- nerale le malattie infettive, di cui me sfuggenti sono purtroppo ancora le geneo di sintomatologie tra loro corre- l'AIDS fa parte, sono forse la battaglia cause del danno vascolare e della sua late a cui diede l'indovinato nome di Microfotografia in falsi colori di una porzione secretoria di una più «facile» da combattere, perché è occlusione (aterosclerosi). E la «sindro- «sindrome X». In medicina, il termine cellula pancreatica delle isole di Langerhans, le strutture che, a possibile identificarne la causa. Per me X» rappresenta una delle patologie sindrome definisce una combinazione impulsi regolari, riversano insulina nel plasma. Qui sopra, mo- questo motivo la ricerca di una terapia croniche più diffuse che molto spesso di sintomi appartenenti a un'unica pa- dello della struttura tridimensionale di un dimero di insulina, la o di un vaccino diventa spesso questio- conduce alle malattie vascolari. tologia, ma in questo caso c'era una forma sotto cui l'ormone circola nel sangue, costituita da due ne di tempo e di tecnologia. «X», rappresentata dall'incognita delle molecole speculari coordinate da due atomi di zinco. La presenza Quanto al cancro e alle malattie va- Individuare il target basi eziologiche della patologia, il de- di insulina nel plasma è indispensabile per il trasporto del gluco- scolari, non sempre è possibile conosce- nominatore comune di disturbi così sio attraverso la membrana cellulare. Quando questa via metabo- re i fattori che ne sono alla base e, Le malattie vascolari, soprattutto le diversi. In effetti, per il momento, l'u- lica è inefficiente, si instaura insulino-resistenza, e possono com- quando lo è, spesso non sono chiari, cardiopatie ischemiche, hanno un ber- nico dato certo, piuttosto impressio- parire le alterazioni che caratterizzano la «sindrome X». rendendo ardua l'impostazione di una saglio piuttosto preciso. L'epidemiolo- nante, consiste nel fatto che tutti gli in- 46 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 47 é ° o GLUCOSIO Fattori genetici e ambientali (A) determinano l'in- E DIETA PAI - 1 I staurarsi di insulino-resistenza tissutale (B). Ne deri- FUMO SEDENTARIETÀ A va una serie di alterazioni del metabolismo (C) che T possono variare a seconda della via biochimica più INSULINO DISLIPIDEMIA E coinvolta. I fattori A promuovono il danno vascolare RESISTNEZA o e l'aterosclerosi (D) indirettamente attraverso B e C. ODBEELS TITRÀONCO i .14 qiq AINLT GOLLULCEORASNIOZA C5L DSe acnocnhdeo irnedceipnetin rdiecnertcehmee nBt ee. CIl pgorasfsiocnoo i np rboamssuoo mveor-e IPERINSULINEMIAr E stra la prevalenza di malattie responsabili della mor- TRASDUZION E DEL nIPERTENSIONE o talità nei paesi industrializzati e in via di sviluppo. Si 2 SEGNALE 41141,11 1 5 attende nei secondi un prevedibile aumento dei de- FATTORI GENETICI cessi per malattie vascolari, dovuto all'acquisizione INEFFICIENZA di abitudini alimentari e comportamentali simili a DEL PANCREAS quelle dei paesi industrializzati. (Fonte: WHO Report gi=2 A C D 1998 - Life in the 21st Century, www.who.int). 60% M MALATTIE VASCOLARI M CANCRO Il 51% MALATTIE INFETTIVE ALTRO MANCATA 50% 46% 45% TRASDUZIONE ....-- .--- — 43% ..-- .--- 40% i.l 32% .,33% 30% 6111111 iii 24°/ 24% _24% 21%— 21% i 20% 16% T/o o 10% Pill 5% 6% ..---- N RASDUZION E I DEL 0% SEGNALE PAESI INDUSTRIALIZZATI 1985 PAESI INDUSTRIALIZZATI 1997 PAESI IN VIA DI SVILUPPO 1985 PAESI IN VIA DI SVILUPPO 1997 dividui affetti dalla sindrome X mani- Lo schema in alto mostra come il legame dell'insulina (in verde) al recettore attivi il nasi e delle MAP-chinasi. Questi pro- no coinvolge però anche altre vie me- mancando l'effetto previsto sui tra- festano prima o poi disturbi vascolari recettore (in giallo) e la trasduzione del segnale. I canali del glucosio insulino-sensibi- cessi non sono ancora del tutto chiari e taboliche che vanno dalla lipogenesi sportatori del glucosio, non si ha ridu- più o meno importanti. li (in blu) si aprono e la fusione di vescicole determina l'arricchimento di trasportato- rappresentano l'oggetto di un'intensa alla sintesi proteica, ed è questo il mo- zione della glicemia. A questa ipergli- Esiste in realtà un fattore biologico ri sulla membrana, consentendo una maggiore captazione di glucosio (puntini neri ricerca. tivo per cui le alterazioni del metaboli- cemia il pancreas cerca di porre rime- che da solo è in grado di agire sul me- nella sequenza centrale). In condizioni di ridotta efficienza del recettore (in arancio- L'effetto più drammatico della sti- smo presenti nella sindrome X sono dio riversando in circolo nuova insuli- tabolismo glucidico, lipidico, proteine nella sequenza in basso) o degli enzimi, al legame dell'insulina segue una trasdu- molazione insulinica viene esercitato così complesse ed eterogenee. na: l'eccessiva concentrazione di ormo- co, nonché di influenzare il tono va- zione inefficiente e non si ottiene l'effetto ipoglicemizzante l'iperglicemia persistente sul trasporto del glucosio attraverso la ne circolante nel sangue è, in effetti, scolare: l'insulina. Dalla misurazione determina nuovo rilascio di insulina. La presenza di elevati livelli di ormone induce la membrana. Il glucosio infatti è una Il ruolo dei geni, una caratteristica comune nella sindro- della sensibilità all'insulina in molti rimozione dei recettori dell'insulina e il tessuto diventa «resistente». Per ottenere l'ef- molecola fortemente polare che non ma non solo me X. Questa risposta compensatoria pazienti colpiti dai disturbi metabolici fetto ipoglicemizzante viene indotto nuovo rilascio di insulina. riuscirebbe a entrare nella cellula. Esi- ha lo scopo di mantenere la tolleranza tipici della sindrome X è scaturita l'os- stono allora dei canali, veri e propri fo- Il difetto biologico che conduce al- fisiologica al glucosio, ma, paradossal- servazione che in tali casi quest'ormo- ri rivestiti di materiale proteico, che l'insulino-resistenza è difficilmente i- mente, la presenza di un'eccessiva ne non esplica correttamente le sue ti sono sensibili all'insulina: essa è par- Dal punto di vista biochimico, l'a- rendono la membrana discontinua. dentificabile e può risiedere sia nella quantità di insulina provoca la cosid- funzioni: esiste insomma sempre un ticolarmente attiva sul tessuto adiposo zione dell'insulina si esplica attraverso Molte di queste fessure sono general- capacità di secernere l'ormone in im- detta down-regulation dei recettori certo grado di insulino-resistenza. e sul tessuto muscolare scheletrico, do- alcuni passaggi chiave: il legame al re- mente chiuse, ma l'insulina attiva la lo- pulsi regolari sia nella capacità di ri- stessi, che vengono rimossi dalla mem- ve determina tra l'altro la quantità di cettore, l'attivazione della prima pro- ro apertura e permette l'ingresso del sposta da parte dei tessuti: di certo esi- brana, con la conseguenza che il tessu- Il meccanismo molecolare glucosio che deve essere captata e im- teina cellulare (IRS, insulin receptor glucosio che viene in questo modo ri- ste una forte determinante genetica, to risponde sempre meno. Iperinsuline- dell'i nsulino-resistenza magazzinata come glicogeno oppure substrate, di cui esistono vari sottotipi) mosso dal plasma. Inoltre, per poten- ma le mutazioni coinvolte possono es- mia e bassa densità cellulare dei recet- utilizzata nel processo di glicolisi anae- e la trasduzione del segnale verso nu- ziare questo effetto, l'insulina induce sere innumerevoli, e possono essere lo- tori sono quindi due caratteristiche pri- Al metabolismo del glucosio, come è robia, cioè di produzione di energia in merose vie metaboliche. Il recettore è l'aumento del numero di questi tra- calizzate sia sul gene che codifica per il marie della insulino-resistenza, che noto, contribuisce un ormone, l'insuli- assenza di ossigeno. una chinasi, cioè una proteina enzima- sportatori sulla membrana, reclutan- recettore sia sui geni degli enzimi a val- può essere indotta però anche in assen- na, secreto da una popolazione di cel- Le funzioni dell'insulina sono sem- tica capace di aggiungere un gruppo doli da alcune vescicole custodite nel le della via metabolica. Numerosi loci za di determinanti genetici: è il caso lule endocrine presenti nel pancreas, le pre indirizzate verso l'accumulo di e- fosfato a un'altra proteina che in que- citoplasma. Naturalmente, secondo il polimorfici, cioè «variazioni sul tema» dell'obesità, di cui la insulino-resisten- isole di Langerhans, e rilasciato nel nergia e si possono globalmente defini- sto caso è il recettore stesso: per questo principio di equilibrio dinamico che codificato da un gene, sono stati iden- za può essere considerata conseguenza plasma a impulsi regolari che si verifi- re anabolizzanti: in buona sostanza, un il processo viene definito «auto-fosfo- sempre vige nei processi fisiologici, il tificati sulla sequenza del recettore e oltre che causa. Questo processo sem- cano ogni 9-12 minuti. La concentra- livello alto di insulina circolante segna- rilazione». L'attivazione del recettore segnale viene innescato dal legame e soprattutto nel gene per l'IRS. Difficil- bra essere mediato da vari fattori, tra i zione di insulina nel plasma è regolata la all'organismo che c'è un eccesso di comporta un nuovo ciclo di fosforila- disinnescato per endocitosi del recetto- mente, però, sono state evidenziate quali gli acidi grassi liberi (FFA) nel dal livello glicemico secondo un preci- risorse energetiche da smaltire o imma- zione che, a sua volta, attiva mediatori re ogni volta che variano gli stimoli. mutazioni con frequenza rilevante as- plasma, che conducono alla inefficien- so equilibrio dinamico. Oggi si sa inol- gazzinare e, dopo i pasti, invia un se- intracitoplasmatici che trasducono il Quando questo meccanismo si inceppa sociabili causalmente a tutte le altera- za del pancreas, l'ormone leptina e una tre che anche altri stimoli endocrini gnale di stop a tutti quei processi fisio- segnale dell'insulina fino al bersaglio. in qualcuno dei sui numerosi passaggi zioni metaboliche della sindrome X. molecola di vecchia conoscenza: il fat- che influenzano il bilancio energetico, logici attraverso cui l'organismo sop- Benché sia stato dimostrato che gli ef- compare l'«insulino-resistenza» e, ben- Le proteine non funzionali o semi- tore di necrosi tumorale (TNF), che come l'ormone leptina, hanno un ruo- perisce al bisogno di combustibile du- fetti dell'insulina sono mediati princi- ché il termine si riferisca specificata- funzionali prodotte da questi geni di- merita almeno un breve inciso. lo fondamentale nel regolarne la secre- rante il digiuno, come la produzione di palmente dall'attivazione delle cascate mente al mancato effetto nell'indurre fettosi possono ostacolare la trasduzio- Nei topi e negli esseri umani obesi, il zione. Molti organi e quasi tutti i tessu- glucosio da parte del fegato. enzimatiche intracellulari della PI3 -chi- l'utilizzazione del glucosio, il fenome- ne del segnale, con la conseguenza che, livello di TNF nel tessuto adiposo è si- 48 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 LE SCIENZE 379/ marzo 2000 49