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A caccia dei geni d della iongevità La ricerca delle radici genetiche della longevità sta dando i primi importanti risultati per la comprensione dei meccanismi che regolano l'invecchiamento di Annibale Puca er un «cacciatore di geni», forse non c'è traguardo più ambizioso di quello di migliorare la vecchiaia dell'essere umano. I dati demogra- fici ci dicono che oggi un abitante del pianeta su dieci ha più di 60 anni, ma le proiezioni indicano che nel 2050 questa percentuale al 20 per cento, e che un secolo dopo, nel 2150, un terzo della po- Vpolazione mondiale sarà composto da ultrasessantenni. Ma c'è di più: gli anziani stanno diventando sempre più anziani, vale a dire che la fascia di età al di sopra degli 85 anni cresce molto velocemente, tanto che a metà di questo secolo il numero dei centenari potrebbe essersi moltiplicato di ben quindici volte, passando dai circa 145.000 del 1999 a 2,2 milioni nel 2050. Comprendere come e perché si invecchia, allo scopo di migliorare la qualità della vita degli anziani, rappresenta quindi una delle principali linee di indagine in cui è impegnata la ricerca biomedica. E lo studio dei fattori genetici che influenzano la longevità degli individui è sicuramente una delle strade utili per comprendere meglio il processo di invecchiamento e la suscettibilità alle malattie comuni della terza età. 4-2 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 Questi due aspetti, il modo in cui si invecchia e quanto ci si B( gevità sono stati gli esperimenti di restrizione calorica su anima- Popolazione con 60 anni di età o più ammala, pur essendo distinti tra loro, sono in parte correlati, e li, che hanno permesso di osservare come la riduzione di calorie 2002 insieme dettano il grado di longevità di una popolazione. L'in- L'ereditarietà della longevità più estrema, quella che porta a nella dieta di vermi, moscerini, scimmie e altre specie porti a un vecchiamento è un processo legato al mutamento costante del vivere oltre i cento anni, si evince dal vantaggio genetico dei incremento della vita media pari anche al 70 per cento. Tuttavia, `iP> nostro organismo, che si accompagna ad alterazioni micro e ma- fratelli dei centenari, che hanno un indice di mortalità a tutte le poiché la restrizione calorica necessaria è veramente drastica, croscopiche delle molecole che costituiscono le nostre cellule. Le età dimezzato rispetto a una popolazione di controllo. La proba- non è compatibile con una qualità della vita umana accettabile. cellule stesse spesso vengono eliminate, ma, al contrario di ciò bilità che un fratello di un centenario arrivi anch'esso a cent'an- Nel caso di una popolazione obesa, tuttavia, un vantaggio nella che avviene in gioventù, non sono più sostituite. Via via che pas- ni è 17 volte superiore rispetto a un soggetto che non abbia la speranza di vita si otterrebbe riducendo anche di poco l'apporto sano gli anni, alterazioni nelle proteine, nelle membrane lipidiche fortuna di avere un centenario per fratello (o sorella). calorico, purché si riduca il peso corporeo. e nel DNA si aggiungono al depauperamento cellulare, portando Un fenomeno interessante è la cosiddetta «compressione del- Gli esperimenti di drastica restrizione calorica in diverse spe- a essere più fragili e vulnerabili alle malattie. Tra queste ultime, le la morbidità» negli ultranovantenni Mentre fino a 90 anni di cie animali hanno mostrato che la riduzione delle calorie agisce principali cause di morte sono rappresentate dalle malattie car- età la possibilità di ammalarsi aumenta con l'aumentare della su geni chiave dei meccanismi di base dell'invecchiamento, ral- diovascolari, seguite a distanza dalle varie forme di cancro. età, dopo i 90 l'incidenza delle malattie si riduce progressiva- lentandone il decorso. In realtà, questo effetto è abbastanza pre- Schematicamente, sono tre i fattori che influenzano la predi- mente. La causa è probabilmente da ricercarsi nella selezione di vedibile, poiché molti dei geni protagonisti dell'invecchiamento sposizione ad ammalarsi, e quindi il grado di longevità di un in- una popolazione superstite, portatrice di fattori genetici protetti- sono coinvolti attivamente anche nel metabolismo degli zuc- Percentuale dividuo: l'eredità genetica, i fattori ambientali e i fattori stocasti- vi e carente di fattori di rischio per le malattie killer. Un esempio cheri e dei grassi. Esempi di geni dell'invecchiamento sono il re- = 0-9 = 20-24 ci. Nel caso dei tumori, per esempio, l'eredità genetica ha un ruo- di questa selezione demografica è l'arricchimento nella popola- cettore dell'Insulin Growth Factor (IGFr) e la isoforma p66 del = 10-19 = Dati assenti lo determinante nel regolare alcune forme di cancro familiari zione centenaria della presenza della isoforma protettiva APOE2 gene Shc. Questi geni codificano per proteine che fanno parte di quali il retinoblastoma, dovuto a ima delezione nel gene Rb, del gene apolipoproteina, a discapito di quella nociva APOE4. una grande rete interattiva. Alcune di queste proteine, quali l'or- mentre le abitudini di vita hanno un grosso peso nei tumori spo- La isoforma 4, meno efficiente nella sua funzione di «spazzina» mone della crescita, sono secrete al livello del sistema nervoso Popolazione con 60 anni di età o più radici (per esempio, la correlazione tra fumo di sigaretta e insor- dei lipidi, è più frequente negli individui che si ammalano del centrale, altre al livello delle cellule adipose addominali (per 2050 genza del tumore al polmone). La componente stocastica incide morbo di Alzheimer e di malattie cardiovascolari. Al contrario, esempio l'IGFr). A far invecchiare l'organismo sarebbe il prodot- à invece su quelle forme sporadiche dovute alla sfortunata combi- la isoforma 2, che garantisce una migliore eliminazione del co- to di questa rete di segnali genetici. nazione di mutazioni genetiche che inducono la cellula a diven- lesterolo, si trova più frequentemente in soggetti ultranovanten- tare cancerosa. Gli stessi tre fattori possono essere applicati alla ni sani. Centenari di razza longevità, che non è altro che la conseguenza della suscettibilità Quale è il rapporto tra longevità, obesità e restrizione calori- a tutte le patologie più comuni. ca? Storicamente, il primo esempio di manipolazione della lon- Le mutazioni spontanee che si accumulano nel genoma del- l'uomo sono la ragione per cui, nel corso di decine di migliaia di anni, si è creata una popolazione mondiale estremamente etero- La probabilità IN SINTESI genea, caratterizzata da diverse etnie. Movimenti migratori se- guiti da forti espansioni demografiche, insieme a fenomeni di che il fratello Lo studio dei fattori genetici che influenzano la longevità è uno strumento selezione naturale e di perdita stocastica di alcune variazioni (la fondamentale per comprendere i processi di invecchiamento e la suscettibilità alle cosiddetta «deriva genetica») hanno contribuito alla mappa di un centenario malattie comuni della terza età. odierna della diversità genetica dei popoli. Tuttavia, tra gli individui di una stessa popolazione vi è comunque un'altissima di- il 25-29 ▪ L'ereditarietà della longevità più estrema, quella che porta a vivere oltre i 100 anni, versità, dovuta al fatto che, anche nelle popolazioni più isolate, i >30 arrivi a cent'anni si evince dal vantaggio genetico dei fratelli dei centenari. l= Dati assenti capostipiti sono comunque nell'ordine di migliaia (si valuta, per Studiando il DNA delle famiglie longeve è stata identificata una regione cromosomica esempio, che il popolo dell'Islanda discenda da 3000 «padri fon- che potrebbe contenere uno o più geni che influenzano la durata della vita. è l? vu datori»), e hanno trasmesso alla loro discendenza un discreto OGGI, NEL MONDO, UNA PERSONASU 10 HA 60 ANNI O PIÙ, ma entro il 2050 3 La stessa metodologia di ricerca ha portato di recente a individuare uno specifico grado di variabilità genica. Che è responsabile delle diversità in- sarà una persona su cinque, e nel 2150 una su tre. Le percentuali variano: rispetto al resto gene che sembra influenzare la suscettibilità alle patologie tipiche della terza età. dividuali, quali altezza e colore della pelle, ma anche delle diffe- se quasi un europeo su cinque ha 60 anni o più, in Africa il rapporto è uno a Questa scoperta, assieme ai risultati di altre linee di indagine, suggerisce che il renze nella suscettibilità alle malattie, e, di conseguenza, nel 20.11 paese con la più alta percentuale di abitanti oltre i 60 anni è l'Italia, fattore limitante della longevità sia nell'eccessivo apporto calorico. grado di longevità. seguita dal Giappone. Nella seconda metà del XX secolo, la speranza di vita della popolazione La sfida del nostro gruppo di ricerca consiste nell'interrogare è cresciuta di 20 anni, portando la media mondiale a 66 anni. opo azione con anni età o più (pei centuale sulla popolazione totale) t 'A.',I1Ig121 I 11111 11111111111 11111111111119111 -1 1 2 2222 2121212O2O2O2O2O2II 9191919191999181111111111151BISIS' LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 www.lescienze.it Numerose ricerche suggeriscono L'AUTORE VECCHIO È DONNA ANNIBALE PUCA è medico che l'eccessivo apporto • La maggioranza della popolazione anziana è costituita da neurologo e genetista. donne. Tra gli ultrasessantenni, ci sono 81 uomini ogni 100 Dopo un training nei labo- ratori di patologia gene- donne, ma tra chi ha superato gli 85 anni la cifra scende a 53 di sia un fattore limitante rale della Seconda Uni- uomini ogni 100 donne. della longevità versità di Napoli, nel • La maggior parte delle donne anziane ha perso il coniuge. Tra 1998 è negli Stati Uniti, a gli ultrasessantenni, le vedove sono il 66 per cento, e i vedovi Harvard, dove dirige un solamente il 22 per cento. QUESTO VECCHIO, VECCHIO CONTINENTE progetto sui centenari a- .A Tuttavia, nei paesi industrializzati, il 21 per cento degli mericani e, nel 2001, fon- uomini di 600 più anni è ancora economicamente attivo, contro Nel territorio dell'Europa dei 15 vivono 70 milioni di da una azienda biotech, la Centagenetix, succes- il 10 per cento delle donne. persone di 60o più anni di età, poco meno di un quinto sivamente fusa con la Fonte: Nazioni Unite della popolazione. Inoltre, quasi un terzo degli abitanti, Elixir Pharmaceuticals.An- e un quinto della forza lavoro, ha superato i 50 anni di età. nibale Puca oggi è presi- In Europa, la percentuale degli ultraottantenni sta dente dell'Associazione crescendo velocemente. Entro il 2020, circa 20 milioni Longevità e guiderà le ri- di cittadini europei avranno già compiuto gli 80 anni, cerche di una nuova a- una cifra che corrisponde a un aumento del 300 per cento zienda napoletana, la dal 1960. Elixir Human Genetics, Il record di anzianità della popolazione spetta all'Italia, che studia il genoma dei centenari in collaborazio- dove la percentuale di abitanti che hanno già compiuto i 60 ne con Harvard e Boston anni supera il 24 per cento. University. Fonti: Commissione Europeo, Nazioni Unite il genoma umano nel tentativo di comprendere quali sono i fat- quel determinato punto del DNA) di circa 1000 polimorfismi che trollo, questo sembra indicare che un eccesso di MTP è nocivo tori genetici che predispongono alla resistenza alle malattie co- coprono l'area del cromosoma 4 precedentemente identificata. per l'organismo. muni. Oggi, siamo a un incrocio di eventi unici nella storia della L'obiettivo è cogliere le diversità genetiche che predispongono In effetti, la funzione della proteina è quella di regolare l'as- genetica moderna; abbiamo accesso alle miriadi di variazioni alla longevità: la scoperta di un'eventuale distribuzione anoma- sorbimento di grassi a livello intestinale oltre a essere un ele- genetiche che esistono nella razza umana e a nuove tecnologie la di un polimorfismo tra le due popolazioni in esame sarebbe mento cruciale per l'assemblaggio delle lipoproteine VLDL a li- che ci permettono di interrogare il codice genetico in tempi da attribuire a un suo ruolo nella longevità. vello epatico. Valutando le informazioni che si hanno su questo sempre più brevi. Come vedremo, tutto questo ci sta permetten- 11 condizionale, tuttavia, è d'obbligo, perché nel corso di que- gene, l'ipotesi più plausibile è che il polimorfismo -493G/T MTP do di identificare le cause genetiche della longevità e delle ma- sto tipo di indagini vi sono diverse trappole da cui è necessario modifichi il metabolismo dei grassi e degli zuccheri, influenzan- lattie associate all'invecchiamento. guardarsi. Anzitutto, bisogna prima escludere gli elementi fuor- do negativamente la probabilità di ammalarsi di patologie va- Ma come fare a identificare le variazioni geniche che hanno vianti, quali, per esempio, le eventuali divergenze tra le etnie scolari, diabete, e obesità. un impatto sulla longevità? Il genoma è immenso e i geni sono delle due popolazioni che si mettono a confronto. Se, infatti, esi- È interessante notare che sia gli esperimenti su animali sia le decine di migliaia. Come individuare quelli giusti, e in quali po- stessero delle differenze etniche, la maggiore o minore presenza analisi fatte sull'uomo puntano verso il metabolismo dei grassi e polazioni studiarli? Bisogna restringere il campo di azione attra- di un certo allele potrebbe semplicemente riflettere la sua diver- degli zuccheri come elemento chiave della nostra longevità. Gli verso analisi di linkage, utilizzando famiglie longeve. 11 nostro sa distribuzione nelle due etnie, e non un suo ruolo nella longe- esperimenti di riduzione delle calorie nei modelli animali, i dati gruppo ha raccolto più di 130 famiglie con almeno un centena- vità. Vi sono però dei metodi che permettono di valutare il gra- sull'IGFr, l'associazione tra APOE e aumentata sopravvivenza, e rio e un fratello o sorella ultranovantenne disponibili per un do di divergenza etnica tra le popolazioni comparate, e di tener- ora la nostra scoperta su MTP, suggeriscono tutti che il fattore prelievo di sangue, e analizzato 400 marcatori distribuiti nel gene conto correggendo i risultati dell'analisi. limitante della longevità sia nell'eccessivo apporto calorico. noma con l'obiettivo di individuare alcune regioni che potreb- Inoltre, al momento dell'analisi dei risultati, bisogna conside- Nel prossimo futuro, si potrà quindi prevedere l'eventualità bero racchiudere uno o più geni che influenzano la sopravvi- rare il fatto che si controllano molti polimorfismi, nel nostro ca- di test diagnostici per personalizzare l'assunzione di prodotti venza. La logica alla base della ricerca è relativamente semplice: so circa un migliaio, e quindi adottare un indice correttivo che naturali sulla base del proprio codice genetico. Nel caso di MTP, studiando i marcatori siamo in grado di capire quali regioni del sia direttamente proporzionale al numero di ipotesi testate. Per vi sono prodotti come l'aglio, l'etanolo e i flavonoidi, che ridu- genoma sono condivise da fratelli e sorelle longevi. Se vi sono ovviare a questo problema bisogna organizzare le popolazioni cono il livello di trascrizione del gene e la cui assunzione po- regioni che queste 130 famiglie condividono più frequentemen- da esaminare in diversi gruppi. Nel nostro studio abbiamo veri- trebbe risultare vantaggiosa a chi è portatore della forma noci- te di quanto ci si aspetta (una coppia di fratelli ha in comune il ficato mille polimorfismi in un primo gruppo di centenari e di va del gene. 50 per cento del codice genetico), significa che lì c'e qualcosa controlli. I polimorfismi che apparivano come discrepanze si- che influenza il fenotipo di cui i fratelli selezionati sono portato- gnificative da un punto di vista del calcolo statistico sono stati PER APPROFONDIRE ri: in questo caso, la longevità. Due anni fa, questa tecnica di esaminati in un secondo gruppo di centenari e di controlli, e poi, analisi ci ha permesso di identificare una regione sul cromoso- nuovamente, in un terzo gruppo. PUCA A. A., DALY M. J., BREWSTER S. J., MATISE T. C., BARRETT J., ma 4 che potenzialmente contiene uno o più geni che influen- I polimorfismi che hanno superato il triplo test si trovano SHEA-DRINKWATER M., KANG S. e altri, A genome-wide scan far zano la sopravvivenza degli individui studiati. tutti in uno solo dei 50 geni della regione in esame. Questo ge- linkage to human exceptional longevity identifies a locus on chro- ne si chiama MTP, da Microsomal Transfer Protein. 11 polimor- mosome 4, in «Proceedings of the National Academy of Scien- Jna ricerca piena di trappole fismo chiave risiede nella zona regolatrice del gene, ed è stato ces», 98, pp. 10505-8, 27 agosto 2001. denominato «-493G/T MTP» perché consiste nella presenza di GEESAMAN B. J., BENSON E., BREWSTER S. J., KUNKEL L. M., BLAN- e Il passo successivo delle nostre ricerche prevede lo studio una T al posto di una G in posizione -493. La conseguenza di CHE H., THOMAS G., PERLS T. T., DALY M. J., PUCA A. A., Haplotype-ba- comparativo, in una popolazione centenaria e una di controllo, questo cambio di lettera è che il livello di trascrizione del gene sed identification of a microsomal transfer protein marker asso- della frequenza allelica (l'allele è una delle due forme alternative aumenta di circa due volte: vale a dire, aumenta la produzione ciated with the human lifespan, in «Proceedings of the National di un gene, una proveniente dal padre e una dalla madre, corri- della proteina per cui codifica. Poiché nel genoma dei cente- Academy of Sciences»,100, pp. 14115-20, 25 novembre 2003. spondente a una delle due possibili lettere del codice genetico in nari il polimorfismo è meno frequente che nei gruppi di con- 4-6 4-7 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 www.lescienze.it IL POLO SUD DELLA LUNAè chiaramente visibile in questo mosaico di 1500 immagini riprese nel 1994 dalla sonda Clementine. Il polo è al centro del mosaico, mentre il bordo corrisponde alla latitudine lunare Ritorno di 70 gradi sud. Sia Clementine sia la sonda Lunar Prospector hanno individuato tracce di ghiaccio d'acqua nelle zone permanentemente in ombra presso i poli lunari. d.Ppd alla Luna Le recenti missioni lunari dimostrano che c'è ancora molto da scoprire sulla compagna della Terra 90°W 90°E a Luna non rivela facilmente i suoi segreti. Pur essendo il primo corpo celeste esplorato dalle sonde terrestri e l'unico visitato da astronauti, le domande ancora in sospeso riguardo alla sua storia, composizione e struttura interna sono molte. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno chiesto la ripresa dell'impegno per l'e- splorazione lunare; l'Agenzia spaziale europea e quella giapponese progettano di collocare sonde in orbita lunare e la NASA sta considerando l'ipotesi di far arrivare un veicolo spaziale senza equipaggio sulla faccia non illuminata della Luna. Studiando il nostro satellite, queste missioni potranno far luce anche sulla storia di tutti i pianeti rocciosi del sistema solare interno: Mercurio, Venere, Marte e, soprattutto, la Ter- ra. Pressoché immutata da tre miliardi di anni a questa parte, la superficie lunare potrebbe infatti custodire informazioni fondamentali sulla formazione e sull'evoluzione dei pianeti interni. Quattrocento anni fa, quando gli astro- nomi osservarono per la prima volta la Luna al telescopio, si resero conto che sulla sua superficie si distinguono due tipi principali di strutture: luminosi altopiani, accidentati e ricchi di crateri, e bassopiani scuri e meno densa- mente craterizzati. Galileo Galilei, nel XVII secolo, chiamò i bassopiani maria — ossia mari in latino — a causa del loro aspetto levigato e oscuro. Una delle maggiori sorprese dell'era spaziale si ebbe nel 1959, quando la sonda so- vietica Luna 3 fotografò il lato in ombra del nostro satellite, che non era mai stato osservato prima di allora perché è perennemente rivolto in direzione opposta alla Terra. Le immagini mostrarono che esso è quasi completamente privo dei mari scuri che appaiono predominanti sulla faccia visibile. Sebbene oggi siano state elaborate alcune l teorie che potrebbero spiegare questa strana differenza, le sue cause sono ancora sconosciute. Luce e buio L'analisi delle rocce lunari riportate del sistema solare. Le tracce degli aste- sulla possibile esistenza di ghiaccio d'ac- sulla Terra dagli astronauti delle missioni roidi e delle comete che colpirono la Ter- qua nelle zone perennemente in ombra Apollo e dai moduli robotizzati sovietici ra miliardi di anni fa sono state cancel- vicino al polo sud. ha permesso di capire meglio l'evoluzione late quasi totalmente dall'attività geolo- Dopo Clementine, nel 1998 la NASA ha FACCIA VISIBILE FACCIA NASCOSTA della Luna. Secondo questi dati, il nostro gica che rimodella in continuazione la lanciato il Lunar Prospector in orbita po- satellite «nacque» circa 4,5 miliardi di an- superficie del pianeta, ma rimangono sul- lare. La missione, che faceva parte del ni fa, quando un corpo delle dimensioni la Luna, dove possono essere recuperate programma Discovery, ha cartografato la di Marte colpì la Terra primordiale. La e studiate. composizione della superficie lunare me- collisione scagliò nell'orbita terrestre una Le missioni Apollo hanno fornito una diante spettroscopia neutronica e gamma, grande quantità di roccia vaporizzata, che messe ricchissima di informazioni, ma la confermando la scoperta di Clementine si aggregò rapidamente formando la Lu- chiusura del programma ha lasciato an- del ghiaccio al polo sud e trovandone altri na. I residui dell'impatto si accumularono cora molti misteri da risolvere. Gli stu- depositi al polo nord. Uno spettrometro così velocemente che il calore generato diosi hanno capito che era necessario per particelle alfa ha misurato le emissioni dal processo fuse la parte più esterna del mappare l'intera superficie della Luna di gas dall'interno della Luna, mentre un satellite ancora in formazione, e diede con un gran numero di strumenti diversi. magnetometro ha tracciato la distribuzio- origine a un oceano globale di roccia fu- Un assaggio delle affascinanti scoperte ne delle anomalie magnetiche locali e l'ul- sa, o magma. La crosta lunare si formò che sarebbero emerse da una ricognizio- teriore inseguimento radar della sonda ha successivamente, per solidificazione dei ne completa è arrivato, all'inizio degli migliorato le nostre conoscenze sul cam- minerali che galleggiavano sulla superfi- anni novanta, dai due incontri ravvici- po gravitazionale lunare. Al termine della cie di questo oceano di magma. nati compiuti dalla sonda Galileo diretta missione, la navicella è stata fatta delibe- A questa prima fase seguì un violento verso Giove, quando, nell'emisfero meri- ratamente precipitare sulla Luna nel ten- bombardamento della superficie lunare dionale della faccia nascosta della Luna, tativo di provocare la fuoriuscita di vapo- da parte di comete, asteroidi e meteoriti. gli scienziati hanno osservato un'insolita re acqueo dalla superficie, in modo che i Gli oggetti più grandi scavarono enormi «firma» costituita da rocce ricche di ferro telescopi terrestri e spaziali puntati sul sito bacini del diametro di oltre 2000 chilo- sul fondo del bacino Aitken, al polo sud, dell'impatto potessero «vedere» il pennac- metri. Poi, nel corso dei successivi 300- il più grande del satellite. La sonda ha chio di vapore. Purtroppo, senza esito. 400 milioni di anni, la maggior parte dei anche realizzato la mappa di alcuni mari Inserendo le scoperte delle missioni Le immagini della faccia visibile della Luna ottenute dalla sonda mari. Sei missioni Apollo hanno visitato la faccia visibile del nostro crateri e dei bacini (definiti come strutture lunari, utilizzando filtri spettrali in grado Apollo in un contesto più ampio, le infor- Clementine mostrano i due principali tipi di terreno lunare: satellite (i cerchi gialli indicano il sito di atterraggio e il numero d'impatto con diametro superiore a 300 di fornire informazioni sulla composizio- mazioni raccolte da Clementine e Lunar altopiani luminosi e fortemente craterizzati e «mari» più scuri e della relativa missione). Ora la NASA progetta di inviare un modulo chilometri), almeno di quelli che si trova- ne della superficie; i risultati hanno di- Prospector hanno imposto una revisione lisci. Al contrario, la faccia nascosta è quasi totalmente priva di di atterraggio automatico sulla faccia nascosta. La Luna potrebbe darci la chiave per scoprire delle teorie correnti sulla Luna e sulla sua più esterna del nostro satellite era comple- mostra la composizione estrema osservata storia. Per esempio, nell'Oceanus Procel- tamente fusa, e l'anortosite, che ha una nel primo sito di atterraggio, nel Mare come SI SONO FORMATI I PIANETI PIÙ INTERNI larum, un'enorme depressione che si tro- bassa densità, risalì alla superficie dell'o- Tranquillitatis. Gli scienziati che studiano va nella parte occidentale della faccia vi- ceano di magma. L'esistenza di questa fa- il nostro satellite hanno imparato così una sibile del satellite, gli astronauti di Apollo se della storia lunare era stata ipotizzata in lezione importante: i campioni di una sin- 12 e Apollo 14 avevano trovato rocce ba- base ai campioni raccolti dalle missioni gola località lunare non sono necessaria- saltiche anomale, ricche di elementi a cui Apollo, ma la prova è stata fornita dai da- mente rappresentativi di aree più ampie. è stato dato il nome collettivo di KREEP ti di Clementine e di Lunar Prospector, che Poiché le colate laviche hanno tipica- (K è il simbolo del potassio; REE sta per hanno evidenziato l'abbondanza di anor- mente composizioni uniformi, ma distin- no sul lato rivolto verso la Terra, venne mostrato che è possibile utilizzare le in- rare-earth element, ossia terre rare; P è il tosite e la sua distribuzione globale. Poi- te, i dati di Clementine e di Lunar Pro- riempita da lava basaltica ricca di ferro: si formazioni raccolte dalle sonde per rico- i simbolo del fosforo). Secondo i geologi, ché l'unica fonte di calore in grado di fon- spector possono essere usati per ricostrui- formarono così i mari di colore scuro che struire la sequenza delle colate laviche Negli anni novanta, le sonde questi elementi sono incompatibili con le dere l'intera Luna sarebbe un accumulo re le fuoriuscite di lava avvenute nei mari, vediamo oggi. Col passare del tempo, il nei mari. Clementine e Lunar Prospector hanno strutture cristalline dei minerali che for- molto rapido di piccoli corpi, la presenza mentre l'età delle colate può essere deter- bombardamento si ridusse di intensità, e mano comunemente le rocce. La presenza di grandi quantità di anortosite nella cro- minata misurando la densità dei crateri realizzato mappe globali della gli impatti si fecero via via meno fre- Mari e altopiani topografia lunare, della composizione di rocce ricche di KREEP indica che la Lu- sta conferma la teoria secondo la quale il d'impatto. Le strutture più antiche sono quenti e imponenti, spiegando così per- na, poco dopo la sua formazione, fu sog- satellite si sarebbe formato dall'aggrega- state esposte più a lungo al bombarda- alla superficie, delle variazioni di ché i mari, che sono più giovani degli al- Nel 1994, il Dipartimento della Difesa getta a intensi fenomeni di fusione e dif- zione dei resti di una collisione planetaria. mento meteoritico, e quindi hanno più gravità e delle anomalie magnetiche. topiani, presentano crateri più piccoli e statunitense ha lanciato la sonda Clemen- ferenziamento, nel corso dei quali gli ele- Le due sonde hanno permesso di spie- crateri di quelle giovani. Poiché, grazie almeno numerosi. Negli ultimi tre miliardi tine, con l'obiettivo di collaudare sensori Queste osservazioni hanno fatto menti incompatibili vennero concentrati gare anche una delle scoperte più enigma- l'analisi dei radioisotopi nei campioni di di anni, sulla Luna è avvenuto ben poco. leggeri messi a punto per il programma di chiarezza sulle scoperte effettuate nella parte fusa di un sistema progressi- tiche delle missioni Apollo: la concentra- roccia, si conoscono l'età delle colate lavi- Una volta cessata l'attività vulcanica, gli difesa da missili balistici mentre orbitava dalle missioni Apollo, ma hanno anche vamente più solido e cristallizzato. Lunar zione insolitamente alta di titanio nei che nei siti di atterraggio delle missioni unici eventi degni di nota sono stati l'oc- sopra i poli lunari. Clementine è rimasta sollevato nuovi problemi. Uno dei Prospector ha rivelato che le maggiori campioni di basalto raccolti dagli astro- Apollo, è possibile stimare le età delle al- casionale formazione di un cratere d'im- in orbita senza intoppi intorno alla Luna principali misteri su cui indagare è il concentrazioni di KREEP si trovano nel- nauti di Apollo 11 durante la prima disce- tre confrontando le densità dei crateri. I patto, la costante pioggia di micrometeo- per 71 giorni, realizzando una mappa violento bombardamento che avrebbe l'Oceanus Procellarum, anche se la ragio- sa sulla Luna. I geologi non si spiegavano risultati mostrano che la parte più consi- riti e le sei brevi visite di un gruppetto di globale completa della superficie lunare ne del fenomeno non è chiara in che modo un magma ricco di titanio, di stente dell'attività eruttiva è avvenuta fra interessato la superficie lunare quattro astronauti, oltre 30 anni fa in 11 lunghezze d'onda del visibile e del- Inoltre, i moduli orbitanti hanno con- densità molto alta, avesse potuto risalire 3,8 e 3 miliardi di anni fa miliardi di anni fa. Poiché la Luna è stata interessata da l'infrarosso. La sonda era dotata anche di fermato che gli altopiani lunari sono co- attraverso la crosta, di bassa densità, del In genere, i mari sono facili da distin- L'ESA, l'Agenzia spaziale giapponese attività collisionale, vulcanica e tettoni- un altimetro laser che ha consentito per la stituiti prevalentemente da anortosite, una nostro satellite. Clementine e Lunar Pro- guere a causa del loro colore scuro, ma al- e la NASA progettano di inviare altre ca, può essere usata come un esempio da prima volta di realizzare una mappa to- roccia ignea composta soprattutto da feld- spector hanno mostrato che le lave con un cune zone degli altopiani sembrano avere manuale per comprendere questi proces- pografica di tutto il satellite. Oltre a ciò, sonde automatiche verso la Luna, con spati - un gruppo di minerali che com- elevato tenore di titanio recuperate da una riflettività intermedia e contengono si. La sua vicinanza alla Terra, in parti- l'inseguimento radar dell'orbita della son- l'obiettivo di risolvere alcuni degli pongono oltre il 50 per cento della crosta Apollo 11 sono in realtà molto rare sulla quantità di ferro relativamente elevate. colare, ne fa il luogo ideale per studiare da ha offerto informazioni più complete enigmi che ancora riguardano il nostro terrestre - e ricca di calcio e di alluminio Lima. Sebbene la concentrazione di tita- Alcune di queste superfici, in realtà, sono gli eventi extraplanetari avvenuti nelle sul campo gravitazionale lunare. E un e- satellite. Queste rocce ebbero origine in un'epoca nio nei basalti dei mari sia assai variabi- depositi marini, ricoperti da strati di detri- prime fasi della storia di questa regione sperimento radar ha fornito indizi inattesi antica della storia lunare, quando la zona le, solo una piccola percentuale di essi ti espulsi dagli impatti. Dato che precedo- 50 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 www.lescienze.it 51 Mappe lunari no gli strati di detriti degli altopiani, che gata da differenze strutturali subsuperfi- bulosa solare - vennero gradualmente e- vennero depositati al momento della for- ciali. Sebbene il problema non sia ancora spulsi dal sistema solare interno o assor- mazione dei crateri, 3,8 miliardi di anni fa, stato definitivamente risolto, la spiega- biti dai pianeti esterni. Se si trovassero FACCIA VISIBILE FACCIA NASCOSTA queste lave basaltiche indicano che la fuo- zione più probabile è che la crosta della prove certe del cataclisma, la scoperta a- LE OSSERVAZIONI COMPIUTE riuscita di lava sulla Luna iniziò ben pri- faccia visibile sia relativamente sottile, e vrebbe quindi implicazioni profonde per ma dell'epoca delle colate di cui gli astro- quindi i magmi ascendenti possano rag- la storia di tutti i pianeti interni. Potrebbe dalle sonde Clementine e Lunar nauti hanno raccolto campioni. La map- giungere e rompere la superficie più fa- darsi, per esempio, che, circa 3,9 miliardi Prospector hanno permesso patura globale ha mostrato che le colate cilmente che non sulla faccia nascosta. di anni fa, si sia frantumato un oggetto di tracciare le prime mappe globali antiche sono molto diffuse sulla faccia L'enorme bacino Aitken contiene la mag- molto grande della fascia degli asteroidi, dettagliate della superficie lunare. nascosta e al confine tra le due facce. gior parte delle lave basaltiche presenti e che i suoi detriti siano migrati in dire- Clementine era dotata di un altimetro sulla faccia nascosta, e tuttavia anche zione del sistema Terra-Luna. Se fosse laser che misurava la distanza dalla Una superficie accidentata questi depositi sono molto sottili e di li- andata così, significherebbe che la vicen- superficie una volta al secondo mitata estensione. Nel suo complesso, il da della craterizzazione lunare è unica, e La Luna è un mondo aspro e tormenta- fondo del bacino Aitken è in gran parte non può essere servire da guida per data- durante ciascuna orbita polare. I dati to. La differenza di quota fra il punto più privo di lave basaltiche, mentre sulla fac- re strutture di altri pianeti, con l'eccezione hanno rivelato l'enorme estensione basso (nel bacino Aitken) e quello più alto cia visibile anche il bacino più piccolo della Terra. del bacino Aitken (in viola sulla faccia (sul bordo del bacino Korolev, che si trova abbonda di lava. Un modo per stabilire se il cataclisma nascosta), una struttura d'impatto sulla faccia nascosta) è di oltre 16 chilo- La mappa topografica prodotta dall'al- lunare è realmente avvenuto è determi- con un diametro di 2600 chilometri. metri. Ma sulla Terra, dove la massima timetro laser di Clementine ha rivelato nare l'età assoluta del bacino Aitken. Si TOPOGRAFIA differenza di quota è di circa 20 chilome- l'incredibile estensione del bacino Aitken sa che esso deve essere anteriore a qua- tri, la topografia superficiale è il risultato che, con un diametro di 2600 chilometri, lunque altro bacino lunare, e che il baci- dell'attività tettonica, che genera alte cate- è il più grande cratere d'impatto dell'inte- no più antico di cui abbiamo una data- ne montuose e profonde fosse oceaniche. ro sistema solare. Clementine ha anche zione affidabile è il Mare Serenitatis, che CHILOMETRI La Luna, al contrario, ha un «guscio» e- documentato la presenza di un buon nu- ha un'età stimata di 3,87 miliardi di anni. Gli strumenti di Clementine hanno ripreso immagini a 11 lunghezze d'onda sterno statico: la crosta lunare è fredda e mero di altri bacini, alcuni dei quali sco- Inoltre, si sa che l'impatto da cui ebbe ori- del visibile e dell'infrarosso vicino. Usando i dati relativi rigida almeno da quattro miliardi di anni nosciuti in precedenza. Oggi si stima che gine Aitken si è verificato per forza dopo e il rilievo topografico è costituito esclusi- sulla Luna siano presenti oltre 45 bacini, la solidificazione della crosta lunare, av- a due di queste lunghezze d'onda (750 e 950 nanometri) vamente da crateri e bacini d'impatto. cioè strutture da impatto con una supeffl- venuta circa 4,3 miliardi di anni fa. Di è stata generata una mappa che mostra la concentrazione di ferro nel suolo alla superficie lunare. I livelli di ferro sono massimi nei mari Sulla superficie della Luna c'è IL PIÙ GRANDE sulla faccia visibile e minimi nella parte centrale della faccia nascosta (sopra il bacino Aitken). CRATERE DA IMPATTO di tutto il sistema solare FERRO LO SPETTROMETRO GAMMA di Lunar Prospector ha misurato l'abbondanza di 10 elementi nella crosta lunare. Uno di questi è il tarlo, che si comporta più o meno come gli elementi noti collettivamente come KREEP, cioè non coincide perfettamente con la struttura cristallina dei minerali di cui sono comunemente composte le rocce. I massimi livelli di torio si hanno Non è un caso che il più grande bacino cie superiore ai 300 chilometri. A giudica- conseguenza, l'età di Aitken deve ricade- nell'Oceanus Procellarum, sulla faccia visibile, ma la ragione di questa del satellite sia anche il luogo in cui si re- re dal numero dei crateri al loro interno, il re fra queste due date; ma vicino a quale peculiare distribuzione è poco chiara. gistra la maggiore variabilità di elevazio- bacino Aitken sembra il più antico e quel- delle due? TORIO ne, benché sia anche sorprendente che lo Orientale il più recente. Se si scoprisse che Aitken ha un'età una struttura così grande e antica conser- Tuttavia, gli scienziati conoscono sol- che si avvicina a quella degli altri bacini, Gr. I I <7.4 SEGUENDO UN'ORBITA che si avvicinava alla superficie lunare fino a soli sette vi ancora gran parte dei rilievi originari. tanto l'età assoluta dei bacini che sono sarebbe una prova importante a favore chilometri di distanza, Lunar Prospector è riuscito a misurare con precisione Anche l'interno della Luna sembra as- stati visitati dalle missioni Apollo e Luna. dell'ipotesi del cataclisma. D'altro canto, le variazioni della gravità lunare. L'accurato rilevamento dell'orbita della sai irregolare. Seguendo via radar la tra- La datazione radioisotopica dei campioni se Aitken risalisse a un'epoca vicina a sonda ha evidenziato un'attrazione gravitazionale più intensa del previsto iettoria di Lunar Prospector, che seguiva di roccia fusa - materiali liquefatti al mo- quella di solidificazione della crosta luna- (aree in rosso) sopra alcuni dei bacini da impatto più recenti. Una possibile un'orbita bassa, a soli sette chilometri dal- mento in cui la Luna fu colpita da un a- re, non ci sarebbe alcun bisogno di ipo- spiegazione è che dei «tappi» di roccia densa del mantello lunare possano la superficie, è stata rilevata un'attrazione steroide o da una cometa, e che rivelano tizzare un cataclisma, e la craterizzazione 11n19:1 411,5G, p essere risaliti verso la superficie dei bacini dopo l'impatto. gravitazionale superiore al previsto sopra quindi l'epoca di un impatto - indica che della Luna potrebbe essere la testimo- alcuni dei bacini d'impatto più recenti. questi bacini si formarono in un interval- nianza di una frequenza di impatti che GRAVITÀ Non sembra che l'origine delle anomalie lo di tempo limitato, fra 3,9 e 3,8 miliardi decresce in modo esponenziale. In questo POLO NORD POLO SUD gravitazionali siano i basalti dei bacini; le di anni fa Questa ridotta variabilità del- caso, la ricostruzione della storia lunare singole colate laviche appaiono piuttosto l'età dei bacini è stata spiegata ipotizzan- potrebbe effettivamente servire da guida LUNAR PROSPECTOR ha anche scoperto sottili - qualche decina di metri al massi- do che la Luna sia andata incontro a una per interpretare la craterizzazione su pia- tracce di ghiaccio d'acqua ai poli lunari. 0,228-0,230 mo - e l'accumulo totale è tipicamente frequenza di impatti molto alta e per un neti interni come Marte. Ma per datare il Lo spettrometro per neutroni della sonda ha inferiore a 200 metri. I ricercatori ritengo- breve periodo: quello che è stato chiama- bacino Aitken è indispensabile avere dei 0,223-0,225 individuato una quantità molto bassa no invece che le concentrazioni di massa to «cataclisma lunare». campioni delle rocce fuse dall'impatto da 0,217-0,219 siano «tappi» di roccia densa proveniente Ma che cosa può aver causato un simi- cui si è formato. di neutroni di media energia riflessi dalle aree in ombra (in viola). I neutroni sono rallentati 0,212-0,214 dal mantello lunare risaliti verso la super- le bombardamento? Secondo le attuali Il risultato forse più entusiasmante ficie dei bacini dopo l'impatto. teorie sulle prime fasi di vita del sistema delle missioni Clementine e Lunar Pro- dalle collisioni con gli atomi di idrogeno FLUSSO Anche la peculiare dicotomia che ca- solare, la frequenza degli impatti avrebbe spector è stata l'individuazione di ghiac- DI NEUTRONI nelle molecole d'acqua. I risultati hanno DI MEDIA ENERGIA ratterizza la Luna, con la faccia visibile dovuto ridursi fra 4,5 e 4 miliardi di anni cio d'acqua ai poli lunari. Poiché l'asse di confermato la scoperta di ghiaccio in queste GHIACCIO (neutroni al centimetro dominata dalle aree scure e quella nasco- fa, perché buona parte dei planetesimi - i rotazione della Luna è inclinato solo di aree oscure effettuata da Clementine. D'ACQUA quadrato per secondo) sta dalle zone chiare, potrebbe essere spie- piccoli corpi rocciosi formatisi dalla ne- 1,5 gradi - ossia è quasi perpendicolare www.lescienze.it 53 al piano dell'orbita terrestre - quando è poli lunari sembrano essere illuminate dal farvi atterrare una sonda robotizzata che Le nuove missioni osservato dai poli lunari il Sole si trova Sole quasi costantemente. Una zona vici- raccolga campioni e li invii a Terra per le sempre all'orizzonte, o poco più in alto. na al bordo del cratere Shackleton, per analisi. Nel 2002, una commissione di La rinascita dell'interesse scientifico per la Luna ha indotto le agenzie spaziali a progettare nuove missioni. (Viceversa, l'asse terrestre è inclinato di esempio, è esposta ai raggi solari per oltre scienziati incaricata dalla National Aca- circa 23 gradi.) Se un'area vicina a uno il 75 per cento del periodo di rotazione demy of Sciences ha sottolineato la ne- Sonda Nazione Data Massa senza Obiettivi scientifici dei poli si trova circa 600 metri al di so- della Luna. Queste aree hanno temperatu- cessità di una simile missione, il cui di lancio combustibile pra dell'elevazione media della superfi- re relativamente miti, comprese - alla su- obiettivo principale sarebbe il recupero di (chilogrammi) cie, è sempre illuminata; se è almeno 600 perficie - fra -60 e -40 gradi Celsius. (Vi- rocce fuse dall'impatto che creò il bacino metri al di sotto della superficie, è peren- ceversa, all'equatore lunare le temperature Aitken. Rivelando l'epoca di formazione MISSIONI PASSATE E ATTUALI nemente in ombra. In questo secondo ti- vanno da -150 a 100 gradi Celsius.) Co- del bacino, queste rocce potrebbero dare po di zone, le uniche, e scarse, fonti di struire una base, con o senza personale una risposta definitiva all'ipotesi del ca- Clementine Stati Uniti 25 gennaio 1994 227 Ha utilizzato fotocamere e un altimetro laser per cartografare calore verrebbero dal decadimento ra- umano, in una delle aree illuminate vicino taclisma lunare. Per di più, dato che le la composizione e la topografia della superficie. dioattivo nell'interno della Luna e dalla ai poli ridurrebbe notevolmente la diffi- rocce fuse al momento dell'impatto sono Un esperimento radar ha individuato per la prima volta radiazione cosmica. Gli scienziati stima- coltà di progettare un equipaggiamento in un miscuglio di tutte quelle colpite, il lo- ghiaccio d'acqua ai poli lunari. no che queste regioni di oscurità peren- grado di resistere alle temperature estreme ro studio potrebbe rivelare la composi- ne, che esistono da almeno 2-3 miliardi della superficie lunare. E se fosse possibile zione e la struttura della crosta lunare nel Lunar Prospector Stati Uniti ?gennaio 1998 158 Gli spettrometri hanno rivelato l'abbondanza di vari elementi di anni, siano estremamente fredde: fra estrarre ghiaccio da una delle zone vicine sito del bacino. Alcuni ricercatori riten- nella crosta e individuato ulteriori prove dell'esistenza -223 e -203 gradi Celsius. Queste aree, che sono sempre in ombra, la base dispor- gono infatti che il corpo celeste potrebbe di ghiaccio. Il magnetometro e il riflettometro per elettroni dove la luce solare non può mai far eva- rebbe di una fonte d'acqua utilizzabile per essere penetrato attraverso la crosta, por- hanno misurato i campi magnetici. porare il ghiaccio, sarebbero quindi una la sopravvivenza, ma anche come combu- tando in superficie parti del mantello su- sorta di «trappole del freddo», in cui si stibile per razzi (attraverso la scomposi- periore, forse addirittura da profondità di SMART-1 ESA 27 settembre 2003 280 Quando raggiungerà la Luna, all'inizio del 2005, gli strumenti accumula l'acqua ghiacciata contenuta zione dell'acqua in idrogeno e ossigeno li- 120 chilometri. Se le rocce fuse dall'im- determineranno la distribuzione dei minerali lunari nelle comete e nelle meteoriti che colpi- quidi, i più potenti propellenti chimici ) patto contengono materiale del mantello, e scruteranno i crateri in ombra alla ricerca di ghiaccio. scono il satellite. sarà forse possibile caratterizzare con un Sebbene Clementine non fosse dotata certo dettaglio la composizione profonda MISSIONI FUTURE Ritorno alla Luna di strumenti specificamente destinati a dell'interno lunare. Lunar A Giappone agosto o 520 Il modulo orbitale lancerà due sonde che penetreranno cercare ghiaccio polare, i responsabili Dopo i successi di Clementine e Lunar Una missione verso il bacino Aitken scientifici della missione sono riusciti a Prospector, le agenzie spaziali stanno al- destinata a riportare indietro campioni settembre 2004 nella superficie su lati opposti della Luna. improvvisare un esperimento usando il lestendo nuove missioni lunari. Nel set- geologici è semplice, in linea di principio, Sismometri e sensori di flusso termico indagheranno trasmettitore radio a bordo della sonda. tembre 2003, PESA ha lanciato S1VIART-1, ma difficile a farsi. Occorre scegliere un l'interno del satellite. Il ritorno degli astronauti sulla Luna richiede SELENE Giappone 2005 1600 Una folta schiera di videocamere, spettrometri e altri strumenti studierà composizione, topografia, gravità e campi UNA MOTIVAZIONE POLITICA, NON SCIENTIFICA magnetici della Luna in grande dettaglio. Raccolta di Stati Uniti prima del 2010 da determinare Un modulo di atterraggio robotico raccoglierà campioni di rocce • campioni dal e suolo dal fondo del bacino e li invierà a Terra ;FT bacino Aitken per le analisi di età e composizione. • Mentre le superfici rocciose diffondono le il cui obiettivo principale è collaudare un L'AUTORE PER APPROFONDIRE sulla Luna? L'esplorazione umana sareb- onde radio in maniera casuale, il ghiaccio motore a propulsione ionica durante un be molto vantaggiosa dal punto di vista in parte le assorbe e in parte le riflette in viaggio di 16 mesi verso la Luna. Dopo PAUL D. SPUDIS lavora presso l'Ap- SPUDIS PAUL D., The Once and Future Moon, Smithsonian Institution University Press, scientifico, fornendo eccellenti opportu- maniera coerente. Quando Clementine ha essere entrato in orbita lunare, SMART-1 plied Physics Laboratory della Johns 1996. nità per tutta una serie di studi, dalla ri- inviato onde radio verso le zone in ombra utilizzerà una videocamera e un sensore Hopkins University. Dal 1982 è uno TAYLOR G. JEFFREY, A New Moonforthe Twenty-First Century, in «Planetary Science Re- cognizione planetaria all'astronomia. E vicino al polo sud, i segnali riflessi sono per raggi X per mappare la superficie lu- dei responsabili del Planetary Geo- search Discoveries», agosto 2000. l'esistenza di ghiaccio d'acqua ai poli lu- stati quelli caratteristici di una superficie nare. Proprio quest'anno, il Giappone si logy Program del NASA Office of Spa- COHEN BARBARA A., Lunar Meteorites and the Lunar Cataclysm, in «Planetary Science nari potrebbe facilitare una presenza u- ghiacciata. prepara a lanciare Lunar A, un modulo ce Science, presso il quale si occupa Research Discoveries», gennaio 2001. mana permanente. La NASA ha recente- Quattro anni dopo, lo spettrometro per orbitante che lascerà cadere due sonde di ricerche planetarie sui processi BUSSEY D. BEN J. e SPUDIS PAUL D., The Clementine Atlas of the Moon, Cambridge Univer- mente proposto nuove missioni umane neutroni a bordo di Lunar Prospector ha che penetreranno all'interno della super- vulcanici e di impatto. sity Press, 2004. verso la Luna che utilizzino le infrastrut- rivelato grandi quantità di idrogeno nelle ficie lunare. Munite di sismometri e di ture già in uso per il lancio e il trasporto regioni oscure di entrambi i poli; la spie- sensori di flusso termico, esse raccoglie- nello spazio, risparmiando così miliardi di gazione più probabile è che la sonda ab- ranno informazioni sull'interno della Lu- sito di atterraggio che fornisca campioni Per di più, la sonda dovrebbe racco- immettersi in una traiettoria diretta verso dollari per i costi di sviluppo. bia individuato l'idrogeno contenuto nel na e forse riusciranno a delineare una adatti a risolvere i problemi riguardanti gliere sia rocce sia campioni di terreno. Le la Terra. Dopo aver sfruttato l'atmosfera Ma il ritorno degli astronauti sulla Lu- ghiaccio d'acqua. Secondo le stime attua- mappa della composizione del nucleo. I l'età e la composizione del bacino. Si pos- prime sono necessarie per analizzare la terrestre per decelerare, atterrerebbe in na richiede un motivazione politica, non li, in entrambi i poli esisterebbero oltre 10 giapponesi prevedono anche una succes- sono sfruttare i dati delle osservazioni composizione mineralogica e datare i una zona deserta e attiverebbe un segnale scientifica; non verrebbe mai intrapreso miliardi di tonnellate di ghiaccio in uno siva missione, nel 2005, con un modulo delle sonde orbitanti per identificare aree campioni, mentre il suolo che potrebbe radio diretto alla squadra di recupero. unicamente per scopi di studio. Se un strato profondo fino a circa 30 centimetri. orbitale più grande, chiamato SELENE, il che, in virtù della loro composizione e si- contenere piccoli frammenti di rocce rare Tutti questi elementi rendono la missione giorno dovesse concretizzarsi, però, le Non si conoscono però né lo stato fisico cui compito sarà quello di rilevare la su- tuazione geologica, abbiano buone pro- o esotiche) permette di stabilire se le rocce ambiziosa e tecnicamente ardua, ma non prospettive sarebbero affascinanti. Abbia- di questo ghiaccio, né la sua composizio- perficie lunare ancora in maggiore detta- babilità di contenere le rocce desiderate. raccolte sono effettivamente rappresenta- impossibile. La NASA ha già sollecitato mo ricostruito una parte della storia della ne, purezza e accessibilità, tutte informa- glio mediante spettrometri X e gamma, Inoltre, poiché il sito si troverebbe sulla tive dell'area. I campioni dovrebbero poi proposte per una missione per il recupero Luna, ma resta ancora molto da scoprire. zioni che potrebbero essere fornite solo una videocamera, un altimetro laser e faccia nascosta della Luna, il modulo di essere sigillati in un piccolo veicolo di e il rientro di campioni dal bacino Aitken, Le esplorazioni future potrebbero rivelar- da future missioni lunari. uno scandaglio radar. atterraggio dovrebbe funzionare in modo rientro, trasportato dal modulo di atter- missione che potrebbe essere lanciata pri- ci che la storia del nostro satellite è assai Le immagini di Clementine hanno mo- Oltre a ciò, la scoperta dell'importanza autonomo, oppure comunicare con la Ter- raggio, che dovrebbe poi utilizzare un ma del 2010. più complicata e interessante di quanto strato anche che alcune regioni presso i del bacino Aitken ha stimolato l'idea di ra tramite un satellite di collegamento. motore a razzo per staccarsi dalla Luna e E gli astronauti? Quando torneranno abbiamo immaginato finora. 55 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 www.lescienze.it «TI STANNO GUARDANDO»; «NON FARLO!!!»; «Quello è il diavolo... No, nonio è... Sì, lo è». Il mondo interiore dei malati di schizofrenia è spesso confuso e costellato di voci misteriose che suggeriscono pensieri irrazionali e tormentosi. i Cap ire la schizofrenia Recenti scoperte su ciò che accade nel cervello dei malati di schizofrenia sembrano aver aperto la strada allo sviluppo di nuove terapie, più efficaci e prive di effetti collaterali di Daniel C. Javitt e Joseph T. Cogle 58 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 '14 PERCEPIRE I FRAMMENTI di un'immagine Oggi, la parola «schizofrenia» può farvenire in mente personaggi come John Nash e Andrea Yates. Nash — ormai noto al come parte di un tutto pubblico di tutto il mondo grazie al film A Beautiful Mind, vincitore dell'Oscar 2002 — era un genio della matematica. Pre- per un malato di miato, ormai in tarda età, con il Nobel per l'economia grazie ad alcuni suoi lavori giovanili sulla teoria dei giochi, Nash ebbe schizofrenia può essere molto difficile. l'esistenza devastata dalla malattia mentale, che gli impedì di proseguire nella carriera universitaria e nelle ricerche. La Osservando una Yates, invece, è famosa soprattutto negli Stati Uniti. Madre di cinque figli e affetta da depressione e schizofrenia, affogò i sequenza di immagini suoi bambini in una vasca da bagno «per salvarli dal diavolo». Attualmente è rinchiusa in carcere. come quella a fianco, i soggetti normali capiscono _ Le esperienze di Nash e Yates presentano aspetti che, per al- in alcune regioni cerebrali ben definite, il glutammato è essen- immediatamente che si cuni versi, sono caratteristici, mentre per altri sono anomali. La ziale praticamente dappertutto. Di conseguenza, si stanno cer- tratta dello stesso schizofrenia colpisce circa l'uno per cento della popolazione cando terapie in grado di far regredire il deficit di glutammato orologio da polso; al mondiale, e la maggior parte di coloro che sono affetti da questa che è alla base della malattia. contrario, gli individui malattia versa in condizioni di disabilità per tutta la vita adulta. schizofrenici non Lungi dall'essere geni come Nash, molti soggetti schizofrenici Sintomi eterogenei riescono a compiere hanno un'intelligenza inferiore alla media già prima di manife- rapidamente la stare i primi sintomi, e quando la malattia diventa conclamata, Per mettere a punto cure più efficaci è indispensabile com- deduzione. Questa di solito all'inizio dell'età adulta, vanno incontro a un ulteriore prendere le modalità con cui si sviluppa la schizofrenia e trovare incapacità è uno dei declino del quoziente intellettivo. Ciò fa sì che, purtroppo, solo una spiegazione della miriade di sintomi che la caratterizzano. sintomi che non sono una minima percentuale di essi riesca a trovare un lavoro retri- Gran parte di questi sintomi ricade in tre categorie: «positivi», ancora stati chiariti buito. Inoltre, al contrario di Andrea Yates, meno della metà «negativi» e «cognitivi». In genere, i sintomi positivi implicano dall'ipotesi di uno delle donne riesce a sposarsi o a formare una famiglia. Negli eventi che superano l'esperienza normale, mentre i negativi con- squilibrio nella Stati Uniti, circa il 15 per cento dei malati di schizofrenia tra- notano una deprivazione dell'esperienza. I sintomi cognitivi, o di concentrazione di scorre lunghi periodi di internamento in centri di igiene menta- disorganizzazione del pensiero, si riferiscono invece alla diffi- dopamina, ed è un le, e un altro 15 per cento viene incarcerato per piccoli reati o coltà di sviluppare una conversazione coerente, di mantenere sintomo che non è I per vagabondaggio. Quasi il 60 per cento, vive in condizioni di l'attenzione e di formulare pensieri astratti. ancora possibile far indigenza, e uno su 20 è senza fissa dimora. A causa dello scar- I più noti sono i sintomi positivi, in particolare l'agitazione regredire con le terapie so sostegno sociale, molti individui affetti da schizofrenia hanno psicomotoria, i deliri di tipo paranoide (in cui le persone si sen- attualmente disponibili. IN SINTESI I pazienti possono mostrare difficoltà anche a risolvere banali La schizofrenia compromette quasi tutte problemi quotidiani, per esempio che cosa fare se d'improvviso Le cause della schizofrenia sono state a lungo individuate si spengono tutte le luci di casa. L'incapacità di gestire problemi le modalità operative del cervello in un particolare circuito del cervello, quello in cui le cellule di questo tipo illustra meglio di ogni altra cosa le difficoltà che queste persone incontrano quando tentano di rendersi autono- cerebrali comunicano usando come neurotrasmettitore la me. In complesso, la schizofrenia riesce a derubare le sue vittime Ido pamina. proprio di ciò di cui hanno più bisogno per una serena vita di Tuttavia, nuovi filoni di ricerca stanno spostando quindi più probabilità di diventare le vittime piuttosto che gli tono vittime di una cospirazione collettiva) e le allucinazioni, relazione: personalità, abilità sociali e vivacità mentale. autori, di crimini violenti. che si presentano spesso come voci che parlano al malato. Un l'interesse verso un altro neurotrasmettitore, il glutammato. Le cure esistono, ma non sono prive di problemi. Attual- segnale particolarmente minaccioso sono le allucinazioni che Sembra infatti che il fattore che contribuisce maggiormente Oltre la dopa mina mente, lo strumento terapeutico principale è rappresentato dai impartiscono ordini, le «voci» ordinano ai malati di ferire se al disturbo sia un difetto nel sistema di trasmissione dei farmaci antipsicotici, che però riescono a bloccare tutti i sinto- stessi o gli altri. Può essere difficile resistere a queste ingiunzio- ise gnali nervosi basati sul glutammato. L'attenzione verso per le anomalie collegate alla dopamina e mi solo nel 20 per cento circa dei pazienti. Chi risponde al trat- ni, che possono sfociare in atti di violenza. il loro ruolo eziologico nella schizofrenia è emersa negli anni Queste nuove scoperte sui meccanismi di base della tamento tende a non presentare disturbi finché continua ad I sintomi negativi e cognitivi sono meno drammatici, ma più cinquanta, dopo la scoperta casuale che una classe di farmaci, le schizofrenia hanno permesso di affrontare lo sviluppo di nuovi assumere i farmaci, ma col passare del tempo molti interrom- deleteri, e comprendono un insieme di atteggiamenti che vengo- fenotiazine, riusciva a tenere sotto controllo i sintomi positivi farmaci, maggiormente efficaci e con minori effetti collaterali di pono la terapia, di solito a causa degli effetti collaterali, oppu- no chiamati collettivamente le «quattro A»: autismo (perdita di della malattia. Studi successivi hanno dimostrato che queste so- re spinti dal desiderio di «normalità» o perché privi di assisten- interesse per le persone o per l'ambiente), ambivalenza (instabi- quelli attualmente disponibili. stanze agiscono bloccando il funzionamento di uno specifico za sanitaria. Due terzi dei malati traggono un certo beneficio lità emotiva), affettività compromessa (spesso resa manifesta da gruppo di molecole che reagiscono alla dopamina, i recettori dagli antipsicotici, pur rimanendo sintomatici per tutto il cor- una mimica facciale inespressiva) e associazione debole (un di- dopaminergici D2. Questi recettori sono ancorati alla superficie so della loro vita, mentre il restante terzo non mostra alcuna sturbo cognitivo in cui si associano fra loro i pensieri senza una GLI AUTORI di alcuni neuroni, dove convogliano i segnali del neurotrasmet- risposta significativa. logica precisa, mescolando alla rinfusa le parole in un miscuglio titore verso l'interno della cellula. Nello stesso periodo, le ricer- Ma l'inadeguatezza dei farmaci è solo uno degli ostacoli che privo di significato). Altri sintomi comuni comprendono man- DANIEL C. JAVITT e JOSEPH T. COYLE studiano da tempo la che condotte da Arvid Carlsson, recentemente insignito del pre- impediscono di curare in modo efficace la schizofrenia. Un altro canza di spontaneità, lessico poco articolato, difficoltà di stabi- schizofrenia. Javitt è direttore del Program in Cognitive Neu- mio Nobel, hanno rivelato che l'amfetamina, che, come è noto, è legato alle carenze delle teorie su cui si fonda la terapia farma- lire rapporti interpersonali e lentezza nei movimenti. In partico- roscience and Schizophrenia al Nathan Kline Institute for induce nei consumatori abituali allucinazioni e fissazioni, sti- cologica. Le cellule cerebrali comunicano fra loro liberando solare, l'apatia e il disinteresse possono provocare attriti fra i pa- Psychiatric Research di Orangeburg, New York, e insegna mola il rilascio di dopamina nel cervello. Queste due scoperte stanze chimiche chiamate neurotrasmettitori, che eccitano o ini- zienti e le famiglie, che spesso interpretano questi atteggiamenti psichiatria alla NewYork University School of Medicine. L'ar- hanno indotto i ricercatori a formulare la «teoria della dopami- biscono altri neuroni. Per decenni, le teorie sulla schizofrenia si come segni di pigrizia, anziché come manifestazioni patologiche. ticolo in cui ha dimostrato che il farmaco PCP, inibitore del na», in base alla quale la maggior parte dei sintomi della schizo- sono focalizzate su un unico neurotrasmettitore - la dopamina Quando i malati di schizofrenia vengono sottoposti a test di glutammato, riproduce i sintomi della schizofrenia, è risulta- frenia deriverebbe da un eccessivo rilascio di questo neurotra- - e solo negli ultimi anni si è capito che l'alterazione nei livelli valutazione ideati per individuare un danno cerebrale, mostrano to secondo, quanto a numero di citazioni, tra gli articoli sulla smettitore in regioni cerebrali come il sistema limbico (cruciale di dopamina costituisce solo una parte della vicenda e che, per schemi di reazione che fanno pensare a una disfunzione diffusa. schizofrenia pubblicati negli anni novanta. Coyle è Eben S. per le emozioni), e i lobi frontali (per il pensiero simbolico). molti malati, le principali anomalie sono localizzate altrove. Più Praticamente tutte le modalità operative del cervello, dai proces- Draper Professor di psichiatria e neuroscienze alla Harvard Nei successivi quarant'anni di ricerche, i pregi e i limiti di precisamente, i sospetti sono caduti sulla scarsità dei livelli di un si sensoriali più semplici agli aspetti più complessi del pensiero Medical School, ed è direttore responsabile della rivista «Ar- questa teoria sono diventati evidenti. Essa si è rivelata valida per altro neurotrasmettitore, il glutammato. Oggi sappiamo che la razionale, risultano in qualche misura colpite. Alcuni processi, chives of Generai Psychiatry». Entrambi gli autori sono stati alcuni pazienti, in particolare quelli con sintomi positivi, riu- schizofrenia colpisce in pratica tutte le regioni del cervello e che, come la capacità di formare nuove memorie o di risolvere pro- insigniti di numerosi riconoscimenti per le loro ricerche. scendo a spiegarne i sintomi e orientarne efficacemente il tratta- diversamente dalla dopamina, che ha un ruolo importante solo blemi complessi, possono rivelarsi particolarmente pregiudicati. mento. E in effetti, quella minoranza di schizofrenici che presen- 60 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 www.lescienze.it 6 i NUOVE ARMI CONTRO LA SCHIZOFRENIA IL CERVELLO SCHIZOFRENICO e non diversamente precisato, tutte le sostanze citate sono nella fase preliminare di sperimentazione sull'uomo. I loro ideatori M ella schizofrenia, aree e sistemi cerebrali, fra cui quelli suggeriscono che la riduzione dei segnali da parte del più So produttori sono citati fra parentesi. evidenziati nell'immagine sottostante, funzionano in modo penetrante neurotrasmettitore glutammato — o più anormale. Un tempo si pensava che la causa principale della precisamente, da parte di uno dei suoi bersagli chiave sui Sostanze che stimolano i recettori NMDA Modulatori di una terza classe di indirettamente i recettori NMDA del malattia fosse imputabile unicamente a uno squilibrio nei livelli neuroni (il recettore NMDA) — potrebbe spiegare meglio l'ampia del glutammato. Puntano a eliminare recettori del glutammato Detti anche cervello. I malati di schizofrenia tendono del neurotrasmettitore dopamina. Nuove scoperte, però, gamma di sintomi che caratterizzano questo disturbo. le carenze di segnali che contribuiscono recettori metabotropici, possono a fumare moltissimo, probabilmente alla comparsa di molti dei sintomi regolare il rilascio di glutammato e perché la nicotina, agendo tramite i SISTEMA UDITI' GANGLI ALI della schizofrenia. Esempi: Glicina ripristinare potenzialmente l'equilibrio recettori alfa 7, le aiuta a concentrarsi. Permette di udire e comprendere il linguaggio. Nella schizofrenia, un'iperattività della Sono coinvolti nel movimento, nelle regione preposta al linguaggio (l'area di Wernicke) può dare origine ad allucinazioni [Medifoods), D-serina [Glytech). Poiché fra l'attività dei recettori NMDA e AMPA. Esempio: DMXB-A (Health Sciences emozioni e nel processo di integrazione uditive: il paziente ha la sensazione che i pensieri generati internamente al suo si tratta di sostanze di origine naturale, Esempio: LY354740 (Eli Lilly]. Center dell'Università del Colorado). delle informazioni sensoriali. Si ritiene cervello siano voci reali provenienti dall'esterno. sono entrambe già in vendita, anche se che il loro funzionamento difettoso, tipico la loro efficacia nel trattamento Inibitori del trasporto della glicina. Sostanze che stimolano i recettori della schizofrenia, concorra a determinare della schizofrenia è ancora in fase Riducono l'eliminazione della glicina dopaminergici Dl. Attualmente in fase di paranoia e allucinazioni. rn nrriorrA i r (L'eccessivo blocco dei recettori di valutazione. dalle sinapsi. L'effetto finale è sviluppo soprattutto per il morbo Elabora l'informazione sul mondo visivo. per la dopamina nei gangli basali, un incremento nella scarica di segnali di Parkinson, hanno già superato i primi Le persone affette da schizofrenia i che si ottiene per mezzo dei raramente soffrono di allucinazioni Sostanze che stimolano recettori AMPA da parte dei recettori NMDA. Esempio: esperimenti relativi alla sicurezza. tradizionali farmaci visive completamente sviluppate, glutr ---+^ Chiamate anche NPS 1000 [NPS Pharmaceuticals Alcuni ritengono che potrebbero anche antipsicotici, produce effetti anche se i disturbi in quest'area AMPAchine, possono migliorare alcuni eJanssen Pharmaceutica). correggere le carenze di dopamina collaterali di tipo motorio). contribuiscono a rendere difficili aspetti della memoria e della percezione nella schizofrenia, ma non sono stati attività come l'interpretazione i negli individui affetti da schizofrenia. Sostanze che stimolano recettori alfa ancora eseguiti trial clinici specifici. di immagini complesse, Esempio: CX-516 [Cortex nicotinici Agiscono sugli stessi recettori Esempio: ABT-431 (Abbott il riconoscimento LOBO FRONTALE Pharmaceuticals). attivati dalla nicotina, stimolando Laboratories). del movimento Si tratta di una regione e la percezione delle cruciale per la risoluzione emozioni presenti dei problemi, la capacità tano solo sintomi di tipo «positivo» spesso vive bene, se si attiene questa sostanza non spiega perché un individuo reagisca al trat- sul volto delle persone. di discernimento e altre funzioni alle prescrizioni e continua ad assumere regolarmente i farmaci: tamento in maniera soddisfacente e un altro non mostri alcuna razionali superiori. I disturbi trova un lavoro, si forma una famiglia e col passare del tempo le risposta. Né può spiegare perché chi ha sintomi positivi risponde IPPOCAMPO della schizofrenia rendono funzioni cognitive subiscono solo un moderato declino. Tutta- meglio di chi presenta sintomi negativi o cognitivi. Infine, dopo Controlla i processi difficile pianificare le azioni via, per molti pazienti l'ipotesi della dopamina non funziona. Si decenni di ricerche, gli studi sulla dopamina non hanno ancora di apprendimento e organizzare i pensieri. tratta di malati i cui sintomi si manifestano poco a poco, non in prodotto prove inconfutabili. Inoltre, né gli enzimi che produco- e la formazione dei ricordi, modo drammatico, e in cui i sintomi negativi mascherano quelli no questo neurotrasmettitore né i recettori a cui esso si lega funzioni interconnesse che risultano SISTEMA LIMBICO positivi. Chi è colpito da questa forma di schizofrenia cresce ap- sembrano sufficientemente alterati da giustificare l'ampia gam- entrambe danneggiate Coinvolto nelle emozioni. È opinione condivisa che i disturbi partato dalla società e spesso si isola per anni; le sue funzioni co- ma dei sintomi osservati. nella schizofrenia. a carico di questa regione contribuiscano all'agitazione gnitive sono limitate e il miglioramento è lento, o addirittura as- che si nota di frequente nella schizofrenia. sente, anche quando è trattato con i migliori farmaci disponibili. Il collegamento con la «polvere d'angelo» Simili osservazioni hanno indotto a modificare l'ipotesi della M21411:0112.11314 III [il l I II VA i alligalliN n1111112111~ dopamina. Una riformulazione della teoria suggerisce, per esem- Se la schizofrenia non può essere attribuita esclusivamente al- pio, che i sintomi negativi e cognitivi potrebbero essere provo- la dopamina, qual è allora l'anello mancante? Un indizio signifi- cati da concentrazioni troppo basse di dopamina in alcune re- cativo è giunto dall'osservazione degli effetti di una droga sinte- Alcuni scienziati ipotizzano che un eccesso gioni del cervello, come i lobi frontali, e da un suo aumento in tica: il PCP (fenciclidina), nota anche come «polvere d'angelo». di dopamina provochi i sintomi correlati ai altre, per esempio nel sistema limbico. Poiché i recettori per la Al contrario dell'amfetamina, che riproduce solo i sintomi posi- gangli basali, mentre una sua carenza dopamina presenti nel lobo frontale sono principalmente del ti- tivi della malattia, il PCP induce sintomi che somigliano all'inte- sarebbe responsabile di quelli associati con po D1, anziché D2, i ricercatori hanno iniziato a studiare farma- ra gamma di manifestazioni cliniche della schizofrenia: negativi, la corteccia frontale. Ma gli stessi sintomi NELLE ALTRE REGIONI ci che stimolino i primi inibendo al contempo i secondi. cognitivi e, a volte, positivi. Questi effetti sono visibili non solo potrebbero essere causati da segnali DELLA CORTECCIA Alla fine degli anni ottanta, si è osservato che alcuni farmaci, in coloro che abusano di PCP, ma anche in individui a cui erano insufficienti nel sistema del glutammato. FFRFARAI F, come la clozapina, provocavano meno effetti collaterali rispetto state somministrate dosi ridotte di PCP o di chetamina (un ane- il glutammato ad altri trattamenti, come la clorpromazina o l'aloperidolo, e più stetico con effetti simili), durante trial di controllo per valutare è il neurotrasmettitore efficaci nel trattamento di sintomi positivi e negativi persistenti. l'efficacia dei farmaci. prevalente, Rispetto alle vecchie terapie, la clozapina, un antipsicotico atipi- Negli anni sessanta, questi studi hanno fatto individuare del- mentre la dopamina è co, inibisce in misura minore i recettori per la dopamina e in- le analogie tra gli effetti del PCP e i sintomi della schizofrenia. per Io più assente. fluenza in modo più marcato l'attività di diversi altri neurotra- Hanno dimostrato, per esempio, che i soggetti a cui veniva som- smettitori. Queste scoperte hanno portato allo sviluppo e all'im- ministrato il PCP mostravano lo stesso tipo di difficoltà degli piego di numerosi antipsicotici atipici più recenti, basati sul schizofrenici nell'interpretazione dei proverbi. Indagini più re- NELLA CORTECCIA FRONTALF, dove la dopamina meccanismo d'azione della clozapina (alcuni dei quali, però, centi con la chetamina hanno evidenziato analogie anche più promuove la scarica nervosa da parte delle cellule NEI GANGLI BASALI, dove la dopamina normalmente provocano il diabete e altri effetti collaterali inattesi). E hanno marcate. In particolare, sotto l'effetto della chetamina, persone (agendo sui recettori Di.), i segnali eccitatori del inibisce la scarica neuronale (agendo sui recettori 02 anche indotto i ricercatori a ipotizzare che la dopamina non sia perfettamente sane hanno difficoltà a formulare pensieri astrat- glutammato amplificano quelli della dopamina; dei neuroni), i segnali eccitatori del glutammato contrastano l'unico neurotrasmettitore alterato nella schizofrenia, ma che ti, ad apprendere nuove nozioni, a modificare le proprie strate- per questo motivo, una carenza di glutammato quelli della dopamina; per questo motivo, una carenza siano coinvolte anche altre molecole. gie o a formare memorie a breve termine. Mostrano inoltre un riduce l'attività neuronale, proprio come se la di glutammato aumenta l'inibizione neuronale, A rendere problematiche le teorie che si concentrano sulla generale rallentamento nell'eloquio e nelle azioni, paragonabile dopamina fosse insufficiente. proprio come se ci fosse troppa dopamina. dopamina vi sono ulteriori ragioni. Uno squilibrio nei livelli di a quello che si osserva nella schizofrenia. I soggetti a cui viene 62 LE SCIENZE 426 /febbraio 2004 www.lescienze.it 63