Le Scienze, n. 499

2010·16.8 MB·Italian

cosmologia
in cerca di vita nel
Multiverso
alcune teorie ipotizzano l’esistenza di altri universi regolati da
leggi fisiche diverse dalle nostre e adatti a ospitare forme di vita
di Alejandro Jenkins e Gilad Perez
in sintesi
■ D al vuoto primordiale il tipico eroe dei film d’azione passa il tempo loro le particelle che formano i nuclei atomici,
che ha generato il nostro sfuggendo miracolosamente alla morte. Orde fosse leggermente più forte o più debole, le stelle
universo potrebbero essere di cattivi fanno fuoco su di lui da più direzio- avrebbero sintetizzato una quantità molto ridot-
emersi molti altri universi, ni, ma lo mancano per un soffio. Le automobi- ta di carbonio e degli altri elementi necessari alla
ciascuno dotato di leggi
li esplodono esattamente una frazione di secon- formazione dei pianeti e degli esseri viventi. Se il
fisiche proprie.
do dopo che si è messo al riparo, sfuggendo alla protone pesasse lo 0,2 per cento in più rispetto al
■ A ssumendo che esistano deflagrazione. E i suoi amici arrivano in soccor- valore misurato, l’idrogeno primordiale avrebbe
realmente, molti di questi so un attimo prima che il pugnale del nemico gli sperimentato un decadimento radioattivo quasi
universi potrebbero tagli la gola. Se solo uno di questi eventi avve- immediato e gli atomi non si sarebbero formati.
contenere strutture
nisse in modo leggermente diverso, dovremmo Ma l’elenco non finisce qui.
complesse e forse anche
dire addio al nostro eroe. Eppure, anche se è la Quindi le leggi fisiche – e in particolare le co-
alcune forme di vita.
prima volta che vediamo il film, sappiamo che stanti naturali che rientrano in queste leggi, co-
■ Q ueste scoperte arriverà sano e salvo ai titoli di coda. me l’intensità delle forze fondamentali – potreb-
suggeriscono che, Per certi aspetti la storia del nostro univer- bero sembrare regolate su misura per rendere
contrariamente a quanto si
so somiglia a un film d’azione. Molti fisici han- possibile la nostra esistenza.
riteneva in passato,
no sostenuto che un piccolo cambiamento in una Senza scomodare spiegazioni soprannatura-
il nostro universo potrebbe
delle leggi fisiche fondamentali avrebbe un esi- li, che sono per definizione estranee all’ambito
non essere «regolato
to disastroso che altererebbe l’evoluzione cosmi- scientifico, molti fisici e cosmologi hanno tenta-
finemente» per l’evoluzione
di esseri viventi. cease rmenpdioe,n sdeo liam fpoorzsasi bniulec lleaa rneo sfotrrate e, scishtee nlezgaa. Ptrear tipoo, tfiiznz adnadgoli cahnen iil sneotsttarnot au,n divi errissoo lsviear seo ll’oe nuingom dai Slim Films
46 LE SCIENZE 499 marzo 2010
una moltitudine di universi, ciascuno con proprie le leggi naturali e poi introdurre negli altri aspetti ma o poi si uscirà di strada. Viceversa, è possibile resti invariato rispetto al nostro mondo. Voglia-
che cos’è il altri mondi
leggi. Secondo questo «principio antropico», po- opportune correzioni. cambiare simultaneamente diversi parametri. mo sottolineare che si è trattato di una scelta pru-
multiVerso? Paralleli
tremmo trovarci proprio nel raro universo in cui Nel nostro lavoro non abbiamo affrontato il più Per trovare insiemi alternativi di leggi fisiche in dente, dettata dall’intenzione di facilitare il calcolo
la giusta combinazione di condizioni ha reso pos- arduo dei problemi di «regolazione fine» nella fi- grado di generare strutture complesse che consen- dell’evoluzione di un universo del genere. È perfet-
Oggi gli universi alternativi sono Fisici e cosmologi – e spesso
materia di studio pienamente sibile la vita. sica teorica: il valore molto piccolo della costante tano l’esistenza della vita, uno di noi (Perez) non tamente possibile che esistano altri universi privi di anche gli scrittori di fantascienza
accettata, anche perché È sorprendente che la teoria cosmologica più ac- cosmologica, grazie a cui il nostro universo non è si è limitato a piccole correzioni delle leggi fisiche forza debole, abitabili ma diversi dal nostro. – discutono di universi paralleli in
potrebbero esistere davvero. creditata, proposta negli anni ottanta, ammetta la collassato nel nulla una frazione di secondo dopo note, ma ha eliminato una delle quattro forze fon- Nell’universo senza forza debole, la normale fu- contesti differenti: esistono
Secondo la teoria cosmologica almeno tre concetti di multiverso
possibile esistenza di questi universi paralleli, anzi il big bang, né è stato disperso da un’accelerazione damentali della natura. sione di protoni in nuclei di elio diventa impos-
più accreditata, un impulso distinti da quello descritto in
ipotizzi che una moltitudine di universi venga ge- esponenziale dell’espansione cosmica. Gli esem- Dato il nome, le forze fondamentali sembrereb- sibile, visto che richiede la trasformazione di due
di espansione esponenziale, questo articolo.
la cosiddetta inflazione, nerata incessantemente dal vuoto primordiale al- pi di universi alternativi, potenzialmente abitabi- bero aspetti imprescindibili di qualunque universo protoni in neutroni. Ma la sintesi degli elementi
q sFeRA Di HUBBLe
ha generato il nostro universo lo stesso modo in cui il nostro nacque nel big bang. li, sollevano però interrogativi interessanti, e sol- che si rispetti. Senza la forza nucleare forte, che le- seguirebbe altre vie. Per esempio il nostro univer-
Probabilmente il nostro universo è
partendo da una microscopica Il cosmo dove ci troviamo non sarebbe che uno dei lecitano ulteriori ricerche sulla possibile unicità del ga i quark nei protoni e nei neutroni e questi ultimi so contiene un enorme eccesso di materia rispetto molto più grande della regione che
regione di vuoto primordiale. molti universi contenuti in un multiverso più am- nostro universo. nei nuclei atomici, la materia che conosciamo non all’antimateria. Ma una piccola correzione del pa- osserviamo, la cosiddetta «sfera di
Il vuoto però potrebbe generare Hubble». Se la sua grandezza è
in modo continuo altri universi, pio. Le leggi fisiche della stragrande maggioranza Vivere senza la forza debole esisterebbe. Senza la forza elettromagnetica non ci rametro che controlla questa asimmetria permet- infinita, allora devono esistere
ciascuno dotato di proprie leggi di questi universi potrebbero non consentire la for- sarebbe luce, ma non potrebbero esistere neppure te alla nucleosintesi del big bang di produrre una infinite sfere di Hubble, diverse tra
loro, centrate su osservatori situati in
fisiche. Alcuni di questi universi, mazione della materia a noi nota, né di galassie, Il metodo convenzionale per stabilire se una da- atomi e legami chimici. Senza la gravità, non ci sa- quantità rilevante di nuclei di deuterio. Quest’ul- galassie molto
ma non tutti, sarebbero adatti stelle, pianeti ed esseri viventi. Ma, considerando il ta costante naturale ha un valore «speciale» con- rebbe alcuna forza in grado di aggregare la materia timo, chiamato anche idrogeno-2, è l’isotopo distanti. Alcune
a ospitare forme di vita. numero davvero enorme di possibilità, la probabili- siste nel renderla un parametro modificabile e in galassie, stelle e pianeti. dell’idrogeno il cui nucleo contiene un neutrone potrebbero «Sfera
essere di Hubble»
Universo Universo tà che la natura pescasse almeno una volta la «giu- nell’alterarne il valore lasciando invariate le al- La quarta, la forza nucleare debole, mantie- oltre al solito protone. Quindi le stelle continue- identiche alla
adatto non adatto
alla vita alla vita sta» combinazione di leggi non è certo bassa. tre costanti. Sulla base di queste nuove leggi fi- ne un profilo più basso nella nostra vita quotidia- rebbero a brillare grazie alla fusione di un proto- nostra, con
un’altra
Nostri recenti studi, però, indicano che alcuni siche modificate, gli scienziati «proiettano il film» na, ma ha svolto un ruolo fondamentale nella sto- ne e di un nucleo di deuterio in un nucleo di elio-3 versione di voi
di questi altri universi, ammesso che esistano, po- dell’universo – con calcoli, scenari ipotetici o si- ria dell’universo. Tra le altre cose, la forza debole (contenente due protoni e un neutrone). stessi che
legge l’articolo.
trebbero non essere affatto inospitali. Abbiamo in- mulazioni al computer – per vedere quale disastro permette le reazioni che trasformano i neutroni in Le stelle di un universo senza forza debole so-

dividuato esempi di valori alternativi delle costanti accada. Ma non c’è motivo per alterare solo un pa- protoni e viceversa. Nei primi istanti del big bang, no più piccole e fredde rispetto a quelle del nostro q BRAne
fondamentali, e quindi insiemi alternativi di leg- rametro alla volta. È come se si tentasse di guida- dopo che i quark (tra le prime forme di materia a cosmo. Secondo simulazioni al computer condot- Se lo spazio ha più di tre dimensioni,
il nostro universo potrebbe essere
gi fisiche, che potrebbero produrre mondi estrema- re l’automobile cambiando solo latitudine o longi- comparire) si erano riuniti in gruppi di tre forman- te dall’astrofisico Adam Burrows, della Princeton
una delle tante membrane
mente interessanti e forse anche adatti alla vita. tudine, ma non entrambe: a meno che non si stia do protoni e neutroni – collettivamente chiamati University, queste stelle potrebbero bruciare per tridimensionali, o «brane», che si
L’idea di base consiste nell’alterare un aspetto del- percorrendo un reticolo di vie perpendicolari, pri- barioni – insiemi di quattro protoni si sono potuti circa 7 miliardi di anni – circa l’età attuale del So- trovano in uno spazio
multidimensionale più grande. Questi
fondere, producendo nuclei di elio-4, composti da le – e irradiare energia con un tasso equivalente a universi paralleli possono
Come scoprire universi abitabili due protoni e due neutroni. La cosiddetta nucleo- una frazione di quello solare. influenzarsi a vicenda e collidere.
sintesi del big bang è avvenuta quando l’universo
Molte caratteristiche delle ●1 DUE ●2 MODIFICA aveva pochi secondi di vita ed era già abbastanza la prossima generazione
leggi naturali sembrano COSTANTI DI UNA COSTANTE freddo da consentire la formazione dei barioni, ma Come le stelle del nostro universo, quelle di un
regolate su misura: in genere I valori osservati La modifica della
ancora sufficientemente caldo da permettere agli cosmo privo di forza debole sintetizzano elementi
una piccola modifica a una di due costanti A e costante A (lasciando
B si possono invariato tutto il resto) stessi barioni di sostenere la fusione dei nuclei. con peso atomico uguale a quello del ferro, o mi-
delle costanti che troviamo
rappresentare è rappresentata dallo Nella nucleosintesi del big bang sono stati prodot- nore, con ulteriori reazioni di fusione. Invece le re-
nelle equazioni della fisica come due spostamento su una
peastrooemvmoipc diaoi v uleann f«toadr iimsmaapszotirosons»ie.b Pidleei r, o la e reale di B ccppoauuornntrttedoosi insdauaen tluo ep.n idCa pini aiuaosnn c ou n Padicactotolo a ilnlate vrivtaallo rgtpreerotontpvaepo roocer a ciuz ounznnoas n dimstiatsoelaedns.it ftIeirnco a, e ttpoir lol’eicd esrstoseigl lheena, onal n eco ul ’sie ilininotte ectrihnzezo a ilntao s fqeuugsaiuosinit oetu hntatuin cgnleloia argelte reni eaerlltaer--i amsozepionrntaiti t pucihùtte op nepseealrlnceth is édt eeil lln efu eccrorleoni odhsiavcneiunnttoea nago ed niimseprpaoonssiozs iiebolinelie-, parBarlalenlee
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48 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 49
Breve storia di un universo alternativo
Anche un universo con tre
qUATTrO FOrZE Protone Elettroni Elio-4 Carbonio-12 Due supernove Pianeta abitabile
forze fondamentali, invece + Elio-4 diverse (Terra)
di quattro, può sembrare Su Giù
+
familiare. Ecco come Quark
+ = =
scoprirlo.
+
• Eliminare la forza nucleare
+
debole modificando alcune Elettro- Gravitazionale Nucleare Nucleare
«costanti» del modello magnetica forte debole Neutrone Protone Antineutrini
standard della fisica delle
p Compaiono particelle elementari p Si formano le prime stelle, p Generazioni successive di stelle
particelle. e quattro forze fondamentali. Il raffreddamento p I quark su e giù p Alcuni protoni si fondono in nuclei seguite dalle galassie e da altre p Nelle stelle si verifica anche la fusione collassano ed esplodono come Si evolvono esseri
• Mantenere le altre tre forze O Data la temperatura estremamente indebolisce la forza si combinano in di elio-4. Questa reazione dipende stelle. La combustione delle dell’elio-4, che produce carbonio e altri supernove. Un altro tipo di supernova è p Si forma il sistema intelligenti che
indeeln ntoicshtreo a u qnuiveellres op.resenti NOSTrO UNIVErS eddleie abvvoaeltera e nd omenlal ’psusenarim.veertstoe, alall af omrzaat eria ddacei qmbuoailsetei,r rqeiau m ipnaodssis slaeo. npoa rticelle pindrerouottgorenonin o(in.) uec lei di dterlaaelstlatfro ofronmriz aea i a npnurtcoinlteoeanurite ri nidn eni.beoultero, nchi, e sdintae ellllaleio fè-u4 sa.iloimnee ndteallt’aid sroopgreantotu tto eApleletsrmia pnertnoi tcdi eedsle sfle is rsirsiont.etemtiaz zpaenroio gdliic eol,e fmineon atil pfeiùrr o. dadcoiscvpuuemtrodu aol anstotoe elmlleea mctehereni atei. s nLpeelol lsodu ospnpeoar nzdiooovp. eo aver stdeoarllza Soreo p.l eiLa.an eTtear raa pèa irlt ire ipunenizrivciaehnréso oi la èl oc frhaoit etdo ecrossi ì.
• Modificare altri parametri
per facilitare la fusione 10–40 SECONDI 10–12 SECONDI 10–6 SECONDI 1 SECONDO-3 MINUTI 150.000 ANNI-7 MILIArDI DI ANNI 7 MILIArDI DI ANNI 8 MILIArDI DI ANNI 13,7 MILIArDI DI ANNI
nucleare nelle stelle. O O q Compare un numero più piccolo q I quark su e giù si q Alcuni protoni e neutroni si q Si formano le prime stelle, q Grazie alla fusione di deuterio, le stelle q Il collasso stellare non conduce a una q Si forma il sistema Si evolvono esseri
Isdlt irr oiusstutpulittraaetr oce oè fm ourpnml emes odsnei dv ioint a cg osranimd oil i UNIVErSLTErNATIV dmpia aprstaiscratei.cllee ldlei emleamteerinat ahrai,n mnoa gleià cporomtobnini aen noe iunt roni. fdtoria nesdlfiooonr-mo3 .ai nIr psdir eoinuto tnenerii uont oreon np pio.oi sinso nnuoc lei ssafuetliesgmliuloeein.tn eeLt aaddt aiac dl olseemo ugpbtaerualrasitotstiu soetinte ioed e rds odatgeallel alaan lroter ei nè peceallrieoormbd-o4uenc,n ioltoain epco ui aùail ntsprcueih cseecale enumstnis aesiv nocatnei ofrfuti naps oriqoa auntilaec fn aeptmrirtroàoed .nd uGtice lei sdemuseapplltlaeeo rrdsniateoe.rv leLlaa ed,. moAspulacop ua eanlrlvenae o ssrv teaeemcl ldcepiu slpimpceeeurrò leda psottooni nsosz oionnoe sdScoheolevlaee rs epea.ipv ùUea pnrreaiac ucMTeonerlaarr ca ddu iaisr bqitoaiut naeezb lSalial oe dl ea l iipunnentizrievcilaelhinrgésoe oi nla ètl oic frchaohit eetdo ecrossi ì.
A
a quelle terrestri. elio-3, e le stelle sono più fredde. assenti. elementi nello spazio. nel nostro universo.
TrE FOrZE Neutrone Deuterio Elio-4 Carbonio-12 Un solo tipo
(Manca la forza nucleare debole) Deuterio Elio-3 di supernova
=
Su Giù +
+
+ =
Quark = =
+ = +
+
Pianeta
Protone = abitabile
+
Elettro- Gravitazionale Nucleare Protone
magnetica forte Neutrone Protone
l’esplosione termonucleare di una stella innescata simili a quelle conosciute. Quindi anche un uni- 6, quindi sei elettroni orbitano intorno al nucleo di rioni misurate nel nostro universo per stimare gli
da fenomeni di accrescimento e accumulo di mate- verso con tre forze fondamentali potrebbe essere un atomo neutro. Queste proprietà permettono al effetti sulle masse dei nuclei causati da piccole va-
ria, e non da un collasso gravitazionale. In questo adatto alla vita. carbonio di formare una varietà immensa di mo- riazioni delle masse dei quark.
GLI AUTOrI
modo gli elementi si possono disperdere nello spa- Un altro approccio, seguito da uno di noi (Jen- lecole complesse. (L’ipotesi spesso sviluppata da Nel nostro mondo il neutrone pesa circa lo 0,1
zio, dove possono formare nuove stelle e pianeti. kins), consiste nel cercare un insieme di leggi fi- scrittori di fantascienza, secondo cui forme di vi- per cento in più del protone. Se modifichiamo le ALEjANDrO jENkINS fa parte del
Gruppo di fisica delle alte energie
Dato che le stelle dell’universo senza forza de- siche alternative modificando il modello standard ta extraterrestri potrebbero essere basate sul silicio, masse dei quark in modo che il neutrone pesi il
della Florida State University. Ha
bole sono relativamente fredde, un corpo di tipo in misura minore rispetto all’ipotesi dell’universo l’elemento successivo del gruppo del carbonio nel due per cento in più del protone, non otteniamo conseguito diplomi alla Harvard
tllnaeee ratprae rq osvutpreeredli lardae o sbdtvbeerellellraabo bp Tieeel rreS rsaaosv.le eeGr remle i s ouaelnbit ioavt aotpnelitmtùei pgdperii rùaqan utvdueiecrsa.it no Mso ipma ai alile--- srhmaeaamn sszsetauet r dfdioi eacrito zotanr e ftd ieqnemuobap oarolk ecr ,aph npieùue p alrue mignngettoneer trsiev i–. e p Nnio eqesnlus oda2nro0ko 0 s «8uvs uaJpr»eii,nù a«rk gpeii nùale-s» Gilad Perez ()Perez sstleàiis octseoirgmgnnaoanis fpiiccceoharnietoio vcd oamic.m)oo Ip,ln elèeoc spolstolreece ro dli caevh lef iosreoirdlmsieci mailoazi ilpcoeor,n endesa ecdtnooiz mmcah podellie e nesclosoein--- fcpnohioùri amc dmaeetlot usn tlreeaa ub mlti’rleaoil sendsteeit r, cdoialen irpe bqr doouetnaolirlno’koe rpe bd eoiirt suafsalnierg napeutenocsomlae.r oieSc odeil ,i m ptirdraoorsdotfogiofnerie--- TgUMelniac iushvsnenairovscleoihtrgyusy sie eae atl tthlse aC rI anninlasiifttzoiiivtrauin ttaoieal a oI nfs stutidtuiatere o f
cPfooegnirrlnlo si necsaeolacl tdsmpertoiriurr veueolrt n m eiqpvimvueoeeargsmrsllt isooooèi dctndrcfsqsfmaoieaihhiiuen b tifntfeelqteeLfeielbet t el eulareeie ldelr m naei sp epaatlcns oi’inrelrlmchat o ntodoirzhdtei ei fatmieceoreie oibml elnGv csinenibcs oaaicimpdoseodtotda àie idniniv ea, ivt dg eam vonàeliafi llrn ursitfe eeadneiedpcvlm nvbecriSipiuear stliabeaecnc ootcmnpneasateto, ua iriolzt,olcnaco airn’i ro e.anndoordp tivne Imiieon iidl, ,qoo ùt v.aleucaasula’ iluleiop.rnstiils czr .tatmIe t nieacnipL esvoTbe oea imagonuaze bnn ae irnentaed otcore fe i adicntlp.oum t ot aiueaMernso gdof nr orindotaieialvinecoitirsn e rcoopmoqcdtrirar ,e aoueis saea crasno eai c leotm dais o cmr mpp tiltee p cioorluve l eaueis ierninvlnnarcnit ioooòaaa-----i eomamcl(cdttaoàlh treea«me io gficnscSineima thmhnaaedcrtnimeet iaiaemiizoch. ncnns iiibmAalosi ioeo rcmpo.nsv»i a hcsoLu u ei c–uietpasoni ha cèais l dasnmebao n eal vi fuinafun nolloqo sum ocodzcdilurel btanihmeeeanefei niiosls,rszmac eiiett iia as o haelndicq t nc iaddedhqi eau p orieeelucuv eer lr dahatlnoe fmeerseoilrca ro mielsirmee pmknobmccnsipa caaszatpaeoisaaorrr os siib c d socdeosddhooias nire eidvnirv gmicrbeteei iaiiaeoliitrvimeln acd s.qeaq tei ieeL tui.ncu lrnnredaaaoiaet tca ,rp leo cka driclrn h a lahdnodpioipgleipmuea i i ef)ntrcdrp aeiniirlucaee rteitaa------rii Slim Films Cortesia Charles Suggs, MIT Center for Theoretical Physics (); cortesia Jenkins mdculcrlssèsraaaeaoea aene raez .dpslde d Lsniz uuMiio ntieamisrtr naoniiube eae sineb imcacm,vit s nio atlradee neraiatcrnbro aooousimhls iop sna p colqirapnoiem ilra ut ce,aaon ià edaa ihcilrpd t citvrhincdeioerah kmeoe aiuiar ,dee r cnn ctuia sti1utc(m laàfi nisce) safivt p i aiiu ocie è o cnvorvohpda ii cuosderlipc aivsemodfg ecarroèi oamlaitlc ai mlen1el qcan’ntiopno,ohtlau iac o o6dsc e bi duhèss d nao oeliis dte’ i dpfgxa ai pd eu8np inee.rlaau neontlnnCes ’eò zutiqpldoelande iebuc.nel ocrrs c(ei em5 oonocisoipstln2agnsceàlslaaetaro e) as rsdr.pid rnentrosdceeeaeireooa eol cvlru ll ild tiae(uae 8ncpecqe rn)amma iaiiu.sdvnl rribdcaPaaeaiet coareeisser lnkaa--------r mdvmldtzsmusfiroaeiiiin.eo aea ernniI aiSm ,ndnindttdi l eealrgd vt rei d oee, rdosloo ofuidg eocegll fds eohietoseues oai tn vtecitvpnii,stge otien ieetohtuure,a a ar ris aiunna nos chaoc onboe oipmenamor b nlrdngeond oiiooi ti aa naeld ovapfn lnmulotoi’s erldi riits’ icdnnncoiraoeuezaorad t tcn niposra.àndoaqbctigan eei ùmoufo( e lo.isi vp a nnsddeoC giei cioernltceoooroooal htntcm r gm anopdseoemel oeee rincpinen u es ohi ro aso iltaiclnl eorsslt-p rho ltduoon3il’riinaeeel n oo)mtbd u.veta ef ers.aoitooM tceeesa onrlhsarvmluma eiecgceeo,z rubq p el. eil iaonr oeue T sanas segnatui tta clapga eof t opbtotrbeo mraeeridrriilla--------iii TtSUBHoanueeclencnealoccali ri pehrlvku 2aiHneencep0vrcroaolao0iseelr otr3oaiyv otaddg l ayh NtoiWd,yro a a.draet e arGt loleUlaiilnaoIztohsLntcm n oeBcAsihavvnotaoDeeluourn s LrtsdPattn,saooo ilEi oilb Inntarian ylod E l.IsUSP rseLZtanthrliao tatiè.muvownDe etrfy.ulreiye r seDl,B s,t oin siuicrdvtfcioor yo eeaèo vre n kse t o e.
50 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 51
Nel nostro universo, il terzo dei quark più leg- formato una «tasca», poi diventata un universo ve- so i metodi da noi applicati alla forza nucleare de-
Divertirsi con la materia c’è Qualcuno
geri – il quark strano – è troppo pesante per parte- ro e proprio, caratterizzato da specifici valori delle bole e alle masse dei quark sembrano fallire, perché
lÀ Fuori?
Immaginiamo di modificare le masse dei quark leggeri (ovvero di quelli che formano cipare alla fisica del nucleo. Se però la sua massa costanti naturali (si veda Un universo inflazionario è impossibile individuare universi ospitali con una
barioni stabili, come neutroni e protoni). È ancora possibile ottenere gli elementi viene ridotta di un fattore superiore a circa dieci, i che si autoriproduce, di Andrei Linde, in «Le Scien- costante cosmologica di valore significativamente
Il vuoto primordiale potrebbe
fondamentali per le forme di vita che conosciamo? Il requisito minimo è che l’universo nuclei possono essere composti non solo da proto- ze» n. 317, gennaio 1995). Lo spazio tra gli univer- aver prodotto molti altri insiemi più grande rispetto a quello osservato. Nell’ambi-
ottenuto con la modifica contenga nuclei stabili di carica elettrica 1, 6 e 8. Questi valori ni e neutroni, ma anche da altri barioni contenen- si continuerebbe a espandersi con un tasso tanto di leggi fisiche. Nella maggior to di un multiverso, dunque, la grande maggioran-
di carica determinano infatti proprietà simili alle proprietà rispettivamente di idrogeno, ti quark strani. elevato da rendere impossibili viaggi o comunica- parte dei casi non sappiamo za degli universi avrebbe costanti cosmologiche in-
carbonio e ossigeno. Ecco alcuni esempi di quanto può succedere. se gli universi sono adatti alla
Per esempio il nostro gruppo di ricerca ha iden- zioni tra una regione e un’altra, anche alla veloci- compatibili con la formazione di strutture.
vita. Ma ricerche future
tificato un universo in cui i quark su e strano han- tà della luce. Se vogliamo trarre un’analogia dal mondo rea-
qUArk BArIONI ELEMENTI STABILI CHIMICA potrebbero dare una risposta.
LEGGErI STABILI PIÙ LEGGErI rISULTANTE no circa la stessa massa, mentre il quark giù è mol- Il secondo motivo per ipotizzare l’esistenza del le – non dalla finzione cinematografica – immagi-
to più leggero. In questo caso i nuclei atomici non multiverso è il valore straordinariamente peculiare IL DOMINIO DELL’ELIO niamo migliaia di persone che attraversano a piedi
O sarebbero composti da protoni e neutroni, ma da e preciso della costante cosmologica, che rappre- Alcune versioni di universo senza una regione montuosa e desertica. I pochi super-
rS neutroni e da un tipo di barione chiamato Σ– («sig- senta la quantità di energia racchiusa nello spazio forza debole sono praticamente stiti racconterebbero storie di pericoli sfiorati, in-
VE prive di idrogeno generato dal big
NI ma meno»). Quindi anche un universo drastica- vuoto. Secondo la fisica quantistica, anche lo spa- contri con serpenti velenosi e salvataggi così mira-
U bang. Le stelle sono composte
rO mente diverso dal nostro potrebbe ospitare forme zio vuoto deve contenere energia. La teoria genera- in gran parte da elio. colosi da apparire poco credibili.
T
OS Su Giù Neutrone Protone Idrogeno Carbonio-12 stabili di idrogeno, carbonio e ossigeno, e dunque le della relatività di Einstein stabilisce che qualsiasi Le spiegazioni basate sulla teoria delle strin-
N
Il giù ha massa Il neutrone pesa lo 0,1 per Il carbonio-12 e altri elementi una chimica organica. Tuttavia ancora non sappia- forma di energia esercita una forza gravitazionale. MULTIqUArk ghe – che descrive tutte le forze come vibrazio-
doppia del su cento in più del protone sono stabili; la vita è possibile Nel nostro universo le particelle
mo se questi elementi sarebbero prodotti in quanti- Se l’energia del vuoto è positiva, lo spazio-tempo ni di stringhe microscopiche – sembrano confer-
sono formate da due o tre quark,
tà sufficienti all’evoluzione di esseri viventi. si espande a un tasso che accelera in modo espo- mare uno scenario del genere. Durante l’inflazione
1 in altri potrebbero essere formate
VO In ogni caso, la vita emergerebbe in modo si- nenziale; se è negativa, l’universo collassa in un da quattro, cinque o più quark. la costante cosmologica e altri parametri avrebbe-
ATI mile a quanto è avvenuto nel nostro mondo. I fisi- big crunch. La teoria dei quanti sembra comporta- ro assunto un intervallo di valori quasi illimitato,
N
Er ci di questo universo potrebbero meravigliarsi del re tanto elevato un valore della costante cosmolo- ALTrE DIMENSIONI chiamato paesaggio della teoria delle stringhe (si
LT Secondo la teoria delle stringhe,
O A fatto che i quark su e strano hanno masse quasi gica da produrre un’espansione dello spazio troppo lo spazio ha dieci dimensioni. veda Il paesaggio della teoria delle stringhe, di Ra-
ErS Su Giù Neutrone Protone Atomo di deuterio Carbonio-14 identiche. Potrebbero anche pensare che una coin- rapida, che non permette la formazione di strutture Nel nostro universo tutte, tranne phael Bousso e Joseph Polchinski, in «Le Scienze»
V
NI Il quark giù è Il protone pesa lo 0,1 per Il carbonio 14 e altri elementi cidenza tanto straordinaria deve avere una spiega- come le galassie, oppure un universo che collassa tre, sono invisibili. Che cosa n. 435, novembre 2004).
U più leggero cento in più del neutrone sono stabili; la vita è possibile zione antropica, basata sulla necessità di una chi- dopo una frazione di secondo. accadrebbe se fossero visibili Il nostro lavoro, però, solleva qualche dubbio
mica organica. Ma noi sappiamo che sarebbe una Il nostro universo avrebbe evitato questi disastri quattro o più dimensioni? sull’utilità del ragionamento antropico, almeno al
O 2 Strano spiegazione sbagliata. Nel nostro mondo infatti la perché gli effetti della costante cosmologica sareb- di fuori del caso della costante cosmologica, e po-
TIV chimica organica è possibile anche se le masse dei bero annullati da qualche altro termine delle equa- ne quesiti importanti. Per esempio: se la vita è pos-
A
rN quark su e strano sono molto diverse. zioni. Il problema è che questo termine dovrebbe sibile in un mondo privo di forza debole, perché
E
LT D’altra parte, probabilmente la chimica organi- avere un valore specifico ed estremamente preci- questa forza è presente nel nostro universo? In ef-
A
SO Su Giù Neutrone Sigma Idrogeno sigma Carbonio sigma ca è impossibile in universo in cui i tre quark più so: basta una differenza nella centesima cifra de- Ipercubo fetti, i fisici delle particelle ritengono che nel no-
r 4-D
NIVEUn altro quark leggero Nuclei con carica 6 (quindi con leggeri hanno masse più o meno uguali: ciascun cimale per produrre un universo privo di struttu- stro mondo questa forza non sia, in un certo sen-
U(«strano»); il quark giù proprietà simili al carbonio) e altri nucleo con più di due unità di carica elettrica fini- re significative. so, abbastanza debole. Il valore osservato appare
è leggerissimo nuclei sono stabili; la vita è possibile
rebbe per decadere quasi subito. Purtroppo è molto Nel 1987 il premio Nobel Steven Weinberg, fi- troppo alto nel contesto del modello standard. (La
difficile ricostruire in dettaglio le storie di universi sico teorico dell’Università del Texas ad Austin, spiegazione più accettata di questo enigma richie-
3 ➥ letture
O con parametri fisici diversi dal nostro. È un proble- aveva proposto una spiegazione antropica. Wein- de l’esistenza di nuove particelle e forze che i fisi-
V
ATI ma che richiede ulteriori ricerche. berg aveva calcolato un limite superiore al valo- ci sperano di individuare con il Large Hadron Col-
N A Designer Universe? Weinberg S.,
r
LTE Paesaggi di stringhe re della costante compatibile con l’esistenza di es- Conferenza all’American Association for lider del CERN di Ginevra.)
O A seri viventi. Se il valore è più grande, lo spazio si the Advancement of Science, Secondo molti teorici, quindi, nella maggior par-
rS Su Delta (carica 2) Elio delta Secondo alcuni fisici teorici la «regolazione fi- espande così rapidamente che l’universo sarebbe Washington, aprile 1999. Disponibile su te degli universi le interazioni deboli hanno un’in-
E Non esistono altri
V www.physlink.com/Education/
NI Un solo quark elementi stabili; l’universo ne» è una prova indiretta dell’esistenza del mul- privo delle strutture necessarie a qualunque forma tensità così bassa da risultare assenti. La vera sfida,
U leggero non è adatto alla vita essay_weinberg.cfm.
tiverso. I nostri risultati mettono quindi in dubbio di vita. In un certo senso, quindi, la nostra stessa allora, potrebbe consistere nello spiegare perché
il concetto stesso di multiverso? Riteniamo di no, esistenza porta a prevedere un piccolo valore per Universi paralleli. Tegmark M., in «Le non viviamo in un universo senza forza debole.
per due ragioni. La prima deriva dall’osservazio- la costante. Scienze» n. 418, giugno 2003. In definitiva, si potrà rispondere a queste do-
4 ne combinata con la teoria. I dati astronomici so- Alla fine degli anni novanta si è scoperto che mande solo conoscendo in modo più approfondi-
O A Universe Without Weak
V stengono l’ipotesi secondo cui l’universo sia nato l’espansione dell’universo sta effettivamente ac- to il modo in cui nascono gli universi. In particola-
NATI Idrogeno sigma da una minuscola regione dello spazio-tempo, for- celerando, alimentata da una misteriosa forma di Interactions. Harnik R., Kribs G.D. e re potremmo scoprire principi fisici a un livello più
r Strano Perez G., in «Physical Review D», Vol.
LTE se non più grande di un miliardesimo del diametro «energia oscura». Il tasso di espansione osservato 74, n. 3, pp. 035006-1–035006-15, fondamentale, in funzione dei quali la natura privi-
A
O del protone, che ha attraversato una fase di cresci- implica un valore positivo molto piccolo della co- agosto 2006. legia certi insiemi di leggi rispetto ad altri.
S
r
E ta molto rapida ed esponenziale, chiamata infla- stante cosmologica – all’interno dell’intervallo sti- Forse non troveremo mai alcuna prova diretta
UNIVdTri em qausaSsruak qleugagsGei iruùigssuiamlei 8 tipi diversi Idrogeno di caNrobnnoo neniso iè se ta oodnsaost tifgooe ranmlloae; vls’itutaanbivilei rso ztrdeeiioog ernisoiepcn.oa iAn ddsnieifofcfienonrreieat ndi vntiivoo de ndrese lèill ol e’s i sntcpahfatleoaz z icoeiiola-atnsebcemou, rnmpaaota or ase vuig ernisoi tsnmieeernoo aed tb eacblshlisoaei Slim Films Jean-Francois Podevin mrina a mdLteoaov dcdeooa es eWstacsceneeritneze ib moceonrosaglmlt mo–o edilnonilgdtueiiicc tfaaain n.sede.mo I nbcohrlaet r qle’u,e iinnne dqrigu rieaesg tooos lccauata-- qIAV3mo3.u le,pa. ma7rKkc9iam t,rM zSncoa.ht as6i2 stI,0.e e,p0 msip9n:.e . A«0nPn6th .5E yJ0nsa1ivfcf4iaer-ol 1RRn–.emL0v.6e,ie Jn5wet0a n1Dlk 4»in,- s dppmoeiuùlsll,s’ teipibvseiielsrer tsce voani.pzs iiatr aedr idl iaa. lvMtrviae urfoon riqvseue raèsl i n,è ee ci lde nsi sosaisrctiuroor os pa spoaesrtràon einm den-il
52 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 53
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A
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A
dei nanobatteri
Se trovassimo le prove della presenza di vi- ro, e che cosa non fossero, i nanobatteri. Oltre di
in sintesi ta su Marte, anche nel più remoto passa- un decennio più tardi, la comprensione di queste
to, sapremmo finalmente che gli esseri che microscopiche particelle e del loro comportamen-
■ L a scoperta di quelli che
vivono sulla Terra non sono soli nell’universo. La to così bizzarramente simile a quello degli esseri
furono ritenuti batteri di
portata di una simile scoperta è dimostrata dall’ap- viventi ha fatto notevoli progressi. A quanto pa-
dimensioni nanometriche
parizione del presidente Clinton in persona a una re i nanobatteri non sono nuovi, esotici organismi
provocò a suo tempo
entusiasmo e stupore, conferenza stampa tenuta nel 1996 per annuncia- patogeni. In realtà non sono nemmeno vivi. Ma
perché apparivano troppo re che era stata trovata una prova in quel senso: non per questo sono meno importanti per la salu-
piccoli per essere vivi. un meteorite staccatosi dalla superficie del Piane- te umana, e potrebbero anche aver avuto un ruo-
ta Rosso circa 15 milioni di anni fa sembrava con- lo nelle fasi iniziali dell’evoluzione della vita: solo
■ L ’attribuzione di proprietà
tenere i resti fossili di minuscole forme viventi, di- che non è quello ipotizzato all’inizio.
e caratteristiche sempre
nuove a quei minuscoli mostrando che un tempo su Marte esisteva la vita. La saga dei nanobatteri è quindi un’efficace le-
agenti patogeni è andata Alcune ricerche geologiche, secondo cui il suolo zione su come funziona la scienza e in che modo
assai più in fretta della della Terra primordiale sarebbe stato plasmato da può sbagliare uno scienziato. E, come ogni buona
convalida scientifica dei creature analoghe, più piccole di ogni altro essere storia, il suo vero finale è ancora più interessante di
risultati, finché vari vivente mai incontrato o immaginato, fecero pen- quello inventato. Ora possiamo usare ciò che è sta-
scienziati, tra cui gli autori sare che quegli esemplari fossero reliquie dei pri- to scoperto su queste entità per far avanzare le ri-
di questo articolo, hanno
mordi stessi della vita. Ma la notizia più clamorosa cerche sulla salute umana e i nanomateriali.
dimostrato che in realtà si
arrivò subito dopo: c’erano le prove che queste an-
trattava di forme di Troppo piccoli per la vita?
tichissime entità, battezzate nanobatteri, erano an-
cristallizzazione aberrante
cora tra noi. Anzi, erano dentro i nostri stessi corpi, Nel 1993 Robert L. Folk, geologo dell’Universi-
di minerali e molecole
dove forse erano la causa di una serie di malattie. tà del Texas ad Austin, stava studiando campioni
organiche.
Quando queste scoperte furono annunciate per di roccia raccolti in Italia, nelle sorgenti termali di
■ L e interazioni tra minerali la prima volta, molti scienziati le accolsero con Viterbo, quando parlò per la prima volta di quelli
e proteine che danno origine
appelferlfoereòc tne tiia svdnsaeoim tcptaehangerttl iipec do episl rlaseool tcrenuigvone gil earneo, ssdracme elmoltat oi dccletioisg nmilnvi otase;lc riovdropaagr rsiia cttsoiieevrgnii ntsiintif a iiscvnoaads dpicceeoaisr vodra easnntuiod .c oCch h’epee ricù aoln ’seioann tfafuornsescsitoaeta--- cacbhola elmtet ec isrchfiri.eo aCrsmeoc oòmcph «eien o ias ebnolamoettbttieargrotlitin,ea qirvciu»aoe.n, lEFloeso aa«lmkgi oriaencvscaetinivo daflioo nts reiso »icvl asiazemtzmoap btpioiri acnd--ii D. Young e Jan Martel
oe smseinria ucmciaarnei., la salute degli LE NANOPARTICELLE FORMATE vdiAstLe L aEl gmAiMcrEo sdcI oApLioC ueNleEtt rPoRnOicToE,I NsoEm ciognli aionnoi ain coergllaunleic bi aintt evriaic dhie c irnis gtaelmlizmzaazziioonnee,. Cortesia John
54 LE SCIENZE 499 marzo 2010
vano avere una parete cellulare, con proiezioni fi-
Le più piccole forme di vita
lamentose sulla superficie. Le sferette di Folk, però,
erano davvero piccole: molto più piccole di tutti i «nanobatteri» fossili nanobatteri individuati IL SENSO dELLE dIMENSIONI: l’esistenza di nanorganismi, proposta da vari gruppi di ricerca negli anni
batteri conosciuti. (10-200 nm) nel sangue umano (50 nm) Ldai p viiùta p cicocnoolsac fiourtma:a Stabpahtytleorcioo c(6cu0s0 anumre)us novanta, era particolarmente provocatoria perché creature così piccole sembravano improbabili, se non
In genere i batteri misurano qualche micrometro Mycoplasma (200 nm) impossibili. I «nanobatteri» fossili e quelli «vivi» individuati in colture cellulari avevano diametro compreso
– e un micrometro è la milionesima parte di un me- Elica di DNA tra 10 e 500 nanometri (nm). gran parte di essi sembravano troppo piccoli per contenere e far funzionare il
(larghezza = 2,6 nm) Ribosoma
tro, circa un centesimo dello spessore di un capel- (20 nm) macchinario cellulare necessario per la vita, come i ribosomi che producono le proteine, che hanno un
lo. I fossili osservati da Folk erano da cinque a 100 diametro di 20 nm; ed erano più piccoli della più piccola forma di vita conosciuta, il batterio Mycoplasma.
volte più piccoli: dai 10 ai 200 nanometri (un na- Prione
(13 nm)
nometro è un millesimo di micrometro). Folk aveva S. aureus Capello umano (diametro 100.000 nm)
ricavato quei nano-oggetti dai resti di antichi de- Il più piccolo virus (diametro = 600 nm)
positi geologici, alcuni dei quali risalivano al Pale- noto(: 2P3a nrvmo)virus noattneonpuatert dicaeglllei FossilAeL dHe8l4 m00e1te orite coInl opsiùc igurtoo:s Msoi mviirvuirsu s g(dlioabmuelot rroo s7s0o0 u0m nman)o
ozoico e al Mesozoico, ritenuti precedenti alla na- = 10 nanometri autori (20-500 nm) (lunghezza = 380 nm) (400 nm)
scita della vita sulla Terra. Propose perciò che i cicli
fra materia organica e inorganica realizzati da que-
sti «organismi» potessero aver formato gli stessi gli scettici ci. La loro scoperta fu salutata come la prima prova lule hanno un diametro di circa 20 nanometri, fu dei vertebrati e le conchiglie di alcuni invertebrati.
strati geologici nei quali erano stati trovati. della possibilità che in passato fosse esistita la vita messa in discussione la possibilità stessa che una Non solo i nanobatteri erano ricoperti da pareti
notarono che
I risultati di Folk furono ampiamente ignorati fi- su Marte e in altre parti del sistema solare. «cellula» di dimensioni nanometriche potesse con- di idrossiapatite, ma spesso si trovavano nascosti
no al 1996, quando David S. McKay, del Lyndon B. tutto ciò Il resoconto di McKay e i precedenti studi di Folk tenere il macchinario necessario alla vita. all’interno di più ampi «castelli» o «dimore a forma
Johnson Space Center della NASA, pubblicò alcu- furono accolti con grande entusiasmo dai mezzi di Nel 1998, mentre ancora infuriavano le pole- di igloo», scrissero i ricercatori.
che si diceva di
ne prove secondo cui in un meteorite scoperto in informazione, ma con grandi dubbi e controversie miche, due scienziati dell’Università finlandese di Cercando di capire l’origine dei nanobatteri, Ka-
Antartide, indicato con la sigla ALH84001, c’erano quelle minuscole all’interno della comunità scientifica. I critici nota- Kuopio, E. Olavi Kajander e Neva Çiftçioglu, apri- jander e Çiftçioglu ebbero la sorpresa di trovarli
nanofossili analoghi. Formato, si pensa, a partire rono che tutto ciò che si sosteneva su quelle minu- rono un dibattito ancora più vasto, pubblicando le nella maggior parte dei fluidi umani e animali, tra
creature si
da materiali fusi circa 4,5 miliardi di anni fa, questo scole creature si basava, fino a quel punto, esclusi- prime prove che i nanobatteri erano entità viventi. cui sangue, saliva e urina, e ne conclusero che fos-
pezzo di roccia è uno dei più antichi di tutto il si- basava soltanto vamente sul loro aspetto esteriore, e che non c’era I ricercatori avevano esaminato certi piccoli «con- sero un fattore di rischio per malattie legate ad ag-
stema solare. Oltre a trovare minuscole sfere di car- sul loro aspetto alcuna prova che fossero mai state vive. Le nano- taminanti» delle loro colture cellulari che si era- glomerazioni anomale di sostanze minerali, come
bonati simili ai nanobatteri di Folk, McKay e col- entità scatenarono inoltre accesi dibattiti sulle di- no rivelati resistenti a tutti gli sforzi per eliminarli. i calcoli renali. Le condizioni anomale e morbose
esteriore
leghi hanno rinvenuto nel campione prelevato dal mensioni minime necessarie per sostenere la vita in Non solo facevano ammalare le cellule in coltura, collegate da diversi ricercatori ai nanobatteri finiro-
meteorite anche particelle di magnetite e solfuro di un organismo unicellulare. Dato che la doppia elica ma sembravano indifferenti alle normali tecniche no poi per a comprendere molti tipi di cancro, ate-
gLI AuTORI
ferro, insieme a idrocarburi policiclici aromatici – del DNA ha un diametro di oltre due nanometri, e di sterilizzazione e ai trattamenti antibiotici. Osser- rosclerosi, malattie degenerative come artrite, scle-
tutte materie prime coinvolte nei processi biologi- che i ribosomi che fabbricano le proteine delle cel- vando quei corpuscoli rotondi al microscopio elet- rodermia, sclerosi multipla, neuropatie periferiche e
tronico, Kajander e Çiftçioglu scoprirono che le lo- morbo di Alzheimer, e persino infezioni virali come
ro dimensioni andavano dai 50 ai 500 nanometri, quella da HIV. Gli studi iniziali del duo finlandese
Primi entusiasmi
ed erano così simili ai nanobatteri di Folk che non avevano mostrato che il 14 per cento degli scandi-
potevano che essere la stessa cosa. navi adulti sani era positivo a un test sulla presen-
La scoperta di strutture carbonatiche
ecdsnILca aaf orM onmbproEomeamTnrtaEteeaozOtrt iriiioR,ain cni I nphTAi srEenaii meltA(laamuLar nsLt eaigiAd niaaN eip ts,s e rHtcoor dIoascLint)eL adtfsSinaiesm zt8inte e4eve in0c dtshs0aif iel1eoi . rnf(easit ontpen roa ), idrsiddsastsaTi«avucnnmrieLifccionntiainfotnet ateoiramadclnnpoeeveirlmrrp sa.’iii roaenanri mI dpptteSmtoceertt zzraeiasttorroc euaetiiea etptiolura pcn ) iuntaf ontqpain.sotioietoa ts di az uLcreen t tsr(intvodaie rioaaen oes 8teifalgq enn sòaeni id4dpdr lcnrultti1 is sleei0 eoepia odoaefn ss0olsrissn 0rm e lieicai ao Nai stmsptl1esmm anraluce iilAot sa batio 1c2 scpòailtecScr)li imeiei9 0ii elp o oa pAaùoviid ps9t0srnmppsevao n àiaoasta6 m reetrliin us vprbtro n ct,Rrvdafl aainiaoravtahnqoccao ieanr len heuusodmniàobcon onness enlaeo rhegusamce iipld ncl telri igènrlotuil1oiiit’dee enonit aae ndtn 9siLot omtatsr vsfriteiro9. o ere itiai aob.e is tF3nr cdtitlrcaBLttmloeca.oah erec tamilu Li vtellkdnai.d lenae en oiztCilCr ia raoaond iaisl , s ridi vpsodn sitooegca retatl.rooiirultr ne llLr nàaatuneeta inas z vd m4pqae iiicvt o nuamapeaotzer orbmefizaislsub nii momasaodiza»inrruiibed.a ilabm iinlidal e bi(tdrataaa iàdiloi r l iae d d :i i Travis Heying AFP/Newscom (); cortesia NASA ); meteorite(immagine al microscopio elettronico a scansionecortesia Robert L. Folk, Università del Texas ad Austin ()cristallo di calcite Cortesia Lin Shou-Sheng Taiwan Tatler (); cortesia Jan Martel (); Jen Christiansen () YoungMartelillustrazione UfsdtNbnvtfprppncturiiraeoaoeeraeetneaag roànmlllsrtcf El an llatnsa praacDaiaesc apoacllirrsun,earhcN rol e bii dii dedgemeu em icla Atmsi nteeilq nrod c àisia svo cu neoa taetqi,vieicvu enr e lal tuscecvolzacorailansaaheva loirtvim .eèa u tdisur ialfacstri Bat aloomepnsnritidtemtc aoaot.rolr o vt iai mpsldeInv e i a sliltacnapnosiirvae aaatn ganice’i adrme s n rùmrooiddodpdn tei ugp isapicionantdabce mpuultaiecspohtceii.epliirmro eaop tci recnItoaòo rs ri uose apaepan lueci mtrf,larenuniulr i alitcaoesdfcnalusomcsi neots nuotioslcthrmae o aart,i iofslnmerameo, inbipi eldlta su n,aiaadeBfel e ma i ciusocset eecnudr cdstlforsdsiioueterteenafanfeemeoe,irriecagpil c ci,irs ioepstnc p caionzhsofilos ioirac zilu eeau saretaialicra ernlittttspos p h ctootruàqeeoneoaonvreen gr uqbotod.rs lòoBa oirieeucattmiItn :ua o elliealt evopl n ’tupir,e amtnne neisrrtoou pn snoaozasrddelirtnoiaae-------:iiii, zapdnarqrldutpltMniairooavloiiuin ìi o lb c ,qe rerpa «TeiMNndcphdipuetfls seiloaiaiapibepeseeùai acrcvn a et lr.obisr foa,a au arùan atuMi2e mnaneln rrvnp t sar0 i aCtsncicorouioodbi ce0f ooecooeil nplioru pt0cbpnctsnmdgreiarriiorpao, boeennt rpi pe aemem eem uleiliiapsfe il srt rnrsee actgr teeapiiopedoeotn ònoan ne emi dpee ss zp avnnctssdndtralprtacaoaaphlteei iiota’ir cc elvn,toUreeefoqin a uieesad arl gguan utnr e istacineeet datnco ie easienolnrnvcoraiea rlsnav eezaaaeaie ,tpnc n aocgs ee rlrnt vrhlmitshsnravo b ut’oorsiadeieoate oaesietpicbcrs tedrràct rt ieeemaioiaoipgtp ria ags rndev,otnn eulat isi tcriiiaeasgJbsnvaoenrn ihtsnRna stlirnis ieediooeinmiccntcaoob o. r aobli dtkhrdubeaicoAeboi aslee r.ehenJaoignae rM ll,al Ulocete bovti t zilantiarhsc.tnhao noaiemicetl»ooae nsrsan oec.srvp t isopor i uca pi iirm O,rdlsll .it fssoiicii oeliiaso.nactsLi o ot nfpe cqo,aCsnecadf .n zoosu cszs idi eePiecpdssulmsiiea ofooareeaetileilltlooaa---------rrili TJJttSgggMuRiiiminpsddnnnnueaOAtrariacrnuotof iurortiuiaNHCnnilwelcinnteare lduvpdosgeok arNggtpcnMaeiipaurtacmencasia i oanrcupezDoanohAfcrans e,aeia e nti.pglo idiRoaidl eeas ttllc Yi ruunalnlgeeyTiLv reoit OdIde.o,nYe,i rlEeaen rfi ieiiuO èoetn i erbLr asresevarulsn u Nitr sotllua eie gègeiiinalilabnsgrtg e tln re erdm ilyamtuiodgsCi vaetoi npèe nttrirvo ie( ahsoollatetea lsoCaeo tyrsilstaLdr tat atr.eTgego stipeoo neaoioola itroiftuu Catr nbg atfi rd iayia Bdoa t)twgaznod T,i eognc rli fieioer uidis ao.eaagecd ui a rcSt.oimYndm lreuldo ntudihl cIhro oe nuip ilgpmdgbeen pun uerleilsa elialadi oariarnaoulvsour eransbilrèrgt ensc ooessii eirs eCoicaog o sohpuc d .dillhyoonae o ioe e e ak o rlgdil al nlel ii alt ag,ei
56 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 57
dei National Institutes of Health propose per la pri- SEMbRaNo ViVi te diverse. La nostra ipotesi era che il drogaggio di Ricetta per nanobatteri
ma volta un modo alternativo di vedere i nano- questi minerali con proteine e altri composti non ●
1 Normalmente le piastre usate per le
Nel 1998 gli scienziati finlandesi
batteri. Cisar scoprì che i fosfolipidi – componen- minerali avrebbe disturbato il preciso ordinamento colture cellulari contengono additivi
ti comuni delle membrane cellulari – si legavano a Olavi Kajander e Neva Çiftçiogˇlu delle regolari strutture necessarie per dare il via al- gli esperimenti degli autori hanno rivelato che le interazioni fra minerali, ricchi di nutrienti, come il siero fetale
affermarono di aver scoperto proteine e altre molecole inerti tipicamente presenti nei mezzi di coltura bovino, che contengono proteine e
calcio e fosfato insieme, promuovendo la forma- nanobatteri i cui rivestimenti la crescita dei cristalli, lasciando gli aggregati mi- possono produrre particelle (nelle microfotografie) che presentano lo altre molecole organiche. gli autori
zione di cristalli di calcio e fosfato (apatite). Queste esterni di fosfato di calcio creavano nerali in forma amorfa: cioè, a livello molecolare, stesso aspetto e comportamento dei presunti nanobatteri. Le proteine hanno iniziato aggiungendo ioni
masserelle cristalline somigliavano stranamente strutture minerali che avrebbero organizzati in maniera casuale o disordinata. interferiscono con la normale cristallizzazione degli ioni minerali, dando iancocreglaenraicrie, clao mfoerm caazlcioion ee dfoesllfea to, per
rispecchiato i cambiamenti
ai nanobatteri descritti dal duo finlandese. E cre- Pensavamo inoltre che quel tipo di disturbo luogo invece a sferule minerali che crescono e cambiano forma come particelle, anche se gli ioni minerali
scevano e si replicavano in provetta proprio come di forma e attività di organismi avrebbe semplicemente bloccato la crescita degli potrebbero fare degli esseri viventi. già presenti nel mezzo avrebbero
in via di proliferazione. potuto produrre i medesimi effetti.
se fossero state vive. Quanto alla presenza di aci- aggregati minerali in forma cristallina. Sorpren-
di nucleici, con sequenze specifiche che fino a quel dentemente, invece, gli aggregati minerali con- u Nel giro di qualche ora, ●2 Calcio e fosfato si legano insieme
punto erano state identificate come caratteristiche tinuavano a crescere e propagarsi sotto forma di dopo l’aggiunta degli ioni naturalmente a formare particelle Fosfato
dei nanobatteri, lo studio di Cisar dimostrò che le particelle o, più esattamente, di nanoparticelle. al mezzo di coltura delle più grosse di fosfato di calcio Calcio
cellule, al microscopio (idrossiapatite); anche alcune
stesse sequenze potevano presentarsi nei genomi Certamente non ci aspettavamo che composti tan- elettronico a scansione proteine, però, si legano al calcio e Proteina
dei comuni batteri che spesso contaminano i rea- to semplici potessero assumere così prontamente sono visibili nanoparticelle interferiscono con questo processo
gsCrcntvitspzdNÇrpCtalsanzslPpspcbcesaeioieeetmliaaeig aaeeaieureozilftaarocapr av r ofiirllenrrtrrgtrzusnia dLSNAnmionctcntoncrgt tteui trDteaçtriimtzesiaiiciiiiaaaliìa cieonvniebes zto.cf rciaaci pr,iN otd lt bucnidoi m legeebooitdiebS, ,uuroropcv alo ida eei irgA tea2illnauifo iedaRlrtl ec.tioieala vnlieraia lda ra a 0oc e su cet riorp uaNcgdPrsglsdiipvmrcie aaitò e0i ladespv mc i e ,neeicioOoiaoe Aeendn lc , c7aa osuerpceeo ittohds elicr ,rguYapecdnma g at s,o hctr ae drm lidospii ocuilrutipeionoml,n lmolulvl rre c rmee peaameheada .tcitoDens eoo otuerdonriremr rr rce asviea ert a mei pnmesvcseNe eicnar,ooocnra vgnrio c nat e aiu a caahin nnribs’snpsi AtaapvooorcV arl atitdecrt e’taieeaoeuunisloaleeiieerreolntlrnsiz.ri iai , n ei n ioin r,rrropt t o a p cre pu vim cgEolaticdbepea ioosnagoteaia rnpraetnqeoneioso c,tbngoie a dinnbitonab r llolaoesosr uechnolotrioatralo d eita utdoasre ii ,epba lonueei us ni issf t napivdot rcmdda adeerptoabieftmneupaitacnonaoedeig eonre i e eiemtmist mp hcbi Metn fnesao l itirirricer stcncdoeihdvoc rcoiee pniei in dipbr,narsoip e isvnvr ci abeiui rn riinrin dcleallrnd ica dsimr apemfi iu aalicsouppdac ecervuovuiatdoveluorieesirtoneeo.arno nivr apeeecroc tsiuamaiintd roro lclo mc sotnac.i tdcaoma ormirldorqei etpnoa(aticnioieAnenissittaincs peis.upprna iuv doseotbe J o ultlneaos.iiopbdcavuIrìre iertoiiicoreln u lcc eo oao oclobi aaclri sccstqiphaavaisdhlelts tbnadànòuhsdi p areeitdeu enainn ocaiefKi i i l u,a cieri avnu mtons eeiieot mp c e paesopv entaroomzdtCnerslemrdhens are)ra allarp ejeitgiongn ieia.telpea inaetoozeerrl e l ntauenln ceeiinlt dLnlst e iangqic gtnini noanoifMisnlòntpciaio soozrmcscuuaode eiestd a,iai iie dciiavnamb re.itrroiu misgeasi.oeninveo tigne idr nnlefavtkurn oy nan aLnluoooaaseinrdidse ltieieitnnlooldaaaeeee-------------iliiiii., NleitSoccaenrao s tea cp rsprscg uraa2etoaeltrrti0rlrtsut ttvuteie uciireartscreeree tipea5 vze deld vza0 lfaneruaain0niie oitm o m oemnlnt l e ieeaiaacnin nn nn od cedpteomoioiri ir mabiaaldadetmalseuleri it t«olr tsert adertseeitiec isr.r mfmcdaiiui aumci oro poocmlr taenemfiuiptl»onlipll ut alieracltee nai.s dv ia e nseo lsasmdzsasbltctcnenpppndcpfmqvmntbeapceeiiioteoiaooesfi liurieraoieroao ovtr c oqtl fednee.ooorde ennl rpftutine. nr o lFÈeoecm un a Atecrasat.edetoqitoltatsAidto u en roi ae el rrhilat tvt doSoctncur seleraneplraepsutciecnnttillpléeteiichitrevnie oi i cta asalmlu aaidrs dt.tgnt n ipeiii e icreo iuaee v nrspouuir rea siaddeAa ifiauiaie t pgi n dlltbnic ginr cirdtùllipmaiissv eeniclrqadenlobttnoecr liovoicleeiiizot e rnieoame i.rruue e ee.lebitpene s,oe oicii pd meroi gntt rsg Ill dc,Spaaotnlnicreghcafpfilmio l laiitr.laaetraeispncrota ùiepnf eo ooteonleurv oelnvailmac fL ei i re e eti pi ll iimn czèroz em l nieeaezitie uped naa,rtgaecae rrrte aoc riionrlatò brcdcdipol e aeo)naepoasisemeg,sàal eic fnn,o d,obslo ii pttsscenon mttmi el nr eralsc iecdldl acàaaaoetiidmi ’ieq itvnepasninanalaoaoevcfccc m i oeneunpeseo ucoicp od omrlntlhcpecè adoh c dic ictiobherlicclriarndeie rii ndioenioeol iaei oinnpmoc eoc atoueh nlne sbliioa llis aabore lovte bcee t al ptllin m iatasttaqsb.daepie,’ i-baaor rmhagsaei nii .aisoc l et lurtDcoa Ac otlneet,icif r lpuaeetrcaooaol àss ncateonaoaen.oreieaitta g imr nte s zb mr zariautseùnnaanrèn ldSia pap necrgreioltzetsailrcmsn b ofeecunintoiiearrii cp ectaoaa acoe th ,o v èn oe hbnldac pic zslotolplezn eeor nlll oc ee i ebcedellieaeiiei’aepunimc eaervslliati acog roesma i o nriecadm,vcàai frnmlcteimo oD zsmdian fnppfet i ee fndil enoccnoipofzl igero d’npeu lsN eap cdooidsoaaanoogaaei tplnstsitsnrir toe teniai rgeltrà iu fAsp t i ruoeogaacrl.aebsmeilmli esapprrse oiasuevilcia n perpaltUndr aieutenendt airser geuhreapòeavuc,cnorcoù . ed ooimo eis teatsdc aooltoioml i ehud stni cauniat ipc iemtd-odrercsiid ncm scipeneioonielA entnissepaenatniahitrbittuii,ceirm s r ii ad n tr irumernsnaitntt,pe macmiu aiscectee tliiebodolol ltt etae sap otaan ,i gteea iserentce (ii,lfacii ocort .rlllnsvgecee lupcrcilcn oe io acceetdeacilgntisir dh nLnoooaaaaaazecidts irlt rallliiiiloooioaàaeeee-----------------------ii,, IIn questa pagina: , di E. Olavi Kajander e Neva Çiftçiogˇlu, in «PNAS», Vol. 95, n. 14, 7 luglio 1998 (Nanobacteria: an Alternative Mechanism for Pathogenic Intra- and Extracellular Calcification and Stone Formationstrutture ); pagina a fronte: cortesia John D. Young e Jan Martel (); , di mineraliprime tre microfotografie dall’altoPutative Nanobacteria Represent Physiological Remnants and Culture by-products of Normal Calcium HomeostasisJohn D. Young e altri, in «PLoS ONE», Vol. 4, n. 2, 9 febbraio 2009 (); Jen Christiansen ()ultime due microfotografieillustrazione uuuu Qdcnreccci udccpfpc Imppddt I6ppa noirnnoeeieoe eaiaraeenciu rr0aòdafri es mlrnnlaeolnrnrlnoidamqe l l0limlntptn 2ucuemnattvdonre irasiu piievaiddciheall0 nounnmeregtmceeeqpoer,meeoaa elba c autloeobse uiellnlerl nlrevi atneeaiiallepitspnsoi e a aasteizinozles5s notn otrviara ,pli z vt z rd tvtoi iiod0mdgdd eèerl p,derr aoaiat’ic ilhtnvioi eanao rarap ai at r iurnerrddasiicancie n tt rsrio..it ptdnatadiiot iis oe eutae unprc.v 1seuceinit itcmim,lnn c fEe teoees a nl0nolctodohtcceeeioaol r t loiul p0fomloanieihtlgs,ld lmoelnvai oaftllr ir d zeceiletioeori ueoefslii sasumezm ei gi ad,r c sntafnas mi5eartmrrnioliooui rasa ni iasisz0nvs,noin.e ncn .eire,is0eo c odegtua olae rrlo eano.htn, ora n ie eeean l oi, ●●43 Adecpssdlppem McdmppfaimdQscdsd(phaanoutar uirararrllioaitumieaapmar ll csiiarioooeer lpcenrpaunssrnumcelirnlrpounligtsst’ looet s deptleeeeetircsiaenpfrottacci rctcloerirloroiccmevztrptru tsesorlneinlffeuaeaofn iueitlae orroaiottddrsi oirlieaclaltlril rnuao zrublllelt eirloomtoiiaanglee eiea neezrvala eneoil dei r- lal il ecmoe r m aoiesinalrl ia e cgpd efspnrzalns amr n detoz ristohe pdiolriaiczieeri rcsnsge lgoivesùro td gueergeei oa h fdteomrherhenat lodod tior sot ilanzlaaigei .egeslnp l ieetluaeteai nai epalfftatel urdeOiin omat aruollstcielncadfuo prri,ea ratirnivrcorlnt rdos soenot usa orotepa niratlmfiaerenioei.irnico ,eisasrlans z rsrei oe ceel .pdasr mvet-telio )tasicz ocpr e begid i ,Irtpie emson,doaoicsp icno ùmaoo a liaaellinrrseprllu,eiu uemcenvn li eiot s ednpldigl tto .lmal rl aeecr oic piea.itlnmlriiaiesdez r lpera ecnercni,olie rgocoittztns sii’np. oonenioeea riailuc olsac ucttcl aQai d ed nztaleeolsodlfhzdaileeatttrzimartouds liie.iiuse et lapa a oo sleeitoCrt dlreecnlur inliaisria peanooa en treente.ii ant rl et c,ol eeo e al i, el LiRpICNiddarAeorabsmPosriioodartrpfeaaaitntoiatdeNA StrIaCdtrcrooir Ssmissttsartiiaanlallteoploir an apotaluiretgreoanico
58 LE SCIENZE 499 marzo 2010
temente, al fosfato di calcio sotto forma di apati- li a nanobatteri si producono nelle piastre di coltu-
Gestione dei minerali
te nascente. ra perché in esse mancano i meccanismi dinamici
È noto che la capacità di queste proteine di le- gli aggregati di particelle simili a nanobatteri possono presentare somiglianze con i di eliminazione che funzionano nel corpo. Ora i
garsi ai cristalli nascenti di apatite blocca l’ulterio- depositi calcificati che si osservano nei tessuti umani, perché nascono entrambi dalle nanobatteri descritti nelle colture possono essere
re cristallizzazione, proteggendo contro la mine- naturali interazioni tra minerali e proteine da cui dipendono la mineralizzazione di ossa e considerati semplici sottoprodotti del normale me-
ralizzazione indesiderata dei tessuti corporei. Se si denti e l’inibizione delle calcificazioni indesiderate. La calcificazione anomala di un tabolismo del calcio in condizioni statiche.
pensa che tutti i fluidi corporei, sangue compreso, tessuto è spesso un sintomo, più che una causa, di malattia; se avanzano oltre un certo Tutte le particelle nanobatteriche che siamo ri-
contengono calcio e fosfato in concentrazioni ta- livello, però, le calcificazioni anomale possono provocare malattie come i calcoli renali. usciti ad assemblare partendo dal sangue e da al-
li risultare sovrassaturi ma non vanno incontro a tri fluidi corporei hanno dimostrato di avere una
calcificazione spontanea, è chiaro quanto sia im- MINERALIZZAZIONE NORMALE composizione chimica semplice e prevedibile, che
La formazione dell’osso comporta la fusione
portante la protezione offerta da queste proteine. riflette la natura degli elementi costitutivi disponi-
di sferette di idrossiapatite del diametro di 10
Senza di esse i vasi sanguigni si indurirebbero, e nanometri in fili di granuli minerali intrecciati bili nel mezzo circostante. Modificando la natura
spunterebbero formazioni ossee un po’ ovunque. a fibre di collageno. Questi elementi del mezzo possiamo alterare facilmente la costitu-
costruttivi di idrossiapatite si uniscono
Mentre noi seguivamo questa linea di indagine, gradualmente in fibre, e poi in pannelli di zione delle nanoparticelle, e oggi siamo in grado di
uno studio diretto da Didier Raoult, della Scuola di fibre mineralizzate che circondano produrre artificialmente particelle simili a nanobat-
l’impalcatura di collagene, conferendo
medicina di Marsiglia, raccoglieva importanti pro- me con il calcio e i cristalli nascenti da parte delle I CRISTALLI PuRI dI CARBONATO dI teri di qualsiasi composizione predefinita. Sfruttan-
all’osso la capacità di resistere alla tensione.
ve che la principale proteina individuata nei nano- proteine fa sì che questi complessi siano oggetto di CALCIO possono assumere forme do questo procedimento siamo riusciti a produrre
batteri era la fetuina-A. I nostri esperimenti hanno processi di immagazzinamento o eliminazione. variabili. Capire come si formino in un’intera famiglia di complessi ionici biologica-
indicato che la fetuina-A è solo una delle diver- L’eliminazione costante dei minerali serve a pre- natura le nanoparticelle, e come mente collegati e strutturalmente simili, che abbia-
CuORI INDuRITI
se proteine incorporate nelle nanoparticelle a base I depositi calcificati nel cuore e nelle arterie si venire depositi di calcio anomali, possibile causa di possano influenzare la salute degli mo chiamato bion. I bion possono avere forme e di-
di calcio. Fra le altre vi sono albumina, le protei- formano con gli stessi meccanismi di malattie. Per legare i minerali, tuttavia, sono neces- esseri umani, servirà agli scienziati mensioni di ogni genere, prendere forme simili a
mineralizzazione dell’osso, e sono un segno di
ne che legano i lipidi dette apolipoproteine, protei- sari sempre nuovi quantitativi delle proteine, e se anche a controllare le proprietà delle quelle degli organismi e apparire vivi. Dopo aver
malattia cardiovascolare. Si ritiene che le
ne del complemento e molte altre comuni protei- calcificazioni siano una risposta alle lesioni dei accade che i minerali siano in eccesso rispetto alle nanoparticelle fabbricate dall’uomo. dimostrato la natura non vivente delle nanoparti-
tessuti; possono arrestarsi o regredire se si cura la
ne che sono normalmente abbondanti nel sangue, proteine inibitorie il meccanismo di inibizione fini- celle, promettono di farci capire meglio in che mo-
malattia sottostante.
e sono note per legare calcio e apatite. I nostri test, sce per essere sopraffatto. Una volta saturati i siti di do i materiali da costruzione fatti di minuscoli ele-
in sostanza, indicano che le nanoparticelle in cre- legame delle proteine, i minerali legati alle proteine menti costitutivi di dimensioni nanometriche sono
scita si impadroniscono di qualsiasi proteina di- possono invece diventare i semi da cui prendono fabbricati e messi insieme in natura.
sponibile nell’ambiente che hanno intorno in gra- il via ulteriori cristallizzazioni, generando un pro- Capire come si generano in natura queste pic-
do di legarsi a calcio e apatite. CAuSA O EFFETTO cesso accelerato che può dar luogo non solo al fe- cole particelle composte di minerali uniti in com-
Abbiamo anche dimostrato che gli anticorpi Si riscontrano calcificazioni anche in altre parti del corpo, nomeno dei nanobatteri ma anche a calcificazioni ➥ letture plessi con molecole organiche potrebbe far lu-
come in questo campione di tessuto non maligno prelevato
venduti da Nanobac come strumento diagnostico da una tiroide cancerosa umana. Le strutture di calcio e anomale, come formazione di calcoli e calcificazio- ce sull’origine della vita sulla Terra. È concepibile
fosfato potrebbero riflettere un’insufficienza dei normali Nanobacteria: An Alternative
per individuare i nanobatteri riconoscono in real- ne delle arterie. Come potenziale agente patogeno, che minerali complessati con piccole molecole or-
processi di eliminazione dei minerali nel tessuto malato. Mechanism for Pathogenic Intra-
tà fetuina-A e albumina. Quindi i primi studi di ri- un’altra possibilità è che la mineralizzazione sia originata queste nanoparticelle vanno viste, in primo luogo, and Extracellular Calcification and ganiche abbiano costituito, mediante un processo
cerca dei nanobatteri nelle colture di tessuti umani da «semi» di cristallizzazione provenienti dall’esterno, come aspetti del più vasto ciclo della normale rego- Stone Formation. Kajander E.O. e di autoreplicazione simile a quello attraverso cui
come certi inquinanti; una teoria che deve ancora essere
condotti con gli anticorpi di Nanobac hanno indi- sottoposta a verifica. lazione del calcio. Il meccanismo di formazione di Çiftçiogˇlu N., in «Proceedings of the crescono le nanoparticelle, i primi blocchi da co-
vomdcssdatpitvlscr eoaiiiirnnraicee vea gdei losclinpcuslirAovrl pune u othneenmae avai natpr c etoep anacflt aeeecha gl nrloe oou rclhiebnoenarttz ool on aesor tit,tezvasbin nieoeu alv pl aiseeain lmls ringeetèesor disnteaebtdsr rte ae puaièn ciecatoed llato ahddo rdoloresvoef eniraieémuorpba iir tr tiin i nc lipmtaaa ii ndlucith bnneoerrtalaoeianatiitleo a fl n eniignni ilpfcvsnnrs r ecaeeoeeahdproiido,itnn ne ib nriepstisbed msoeovieta mgoa aaegerfpt ditnuloedtdnien tleiaantcie e oisuitgze ir fno irti au tazoroqs urlipeminincnair,ancnu m aeecbtede ptdutoevr i ooilioleaceiplt n l ei l dnilleordrznecei c oiaò.eini sre roo e oqrstsDpa p,al lol lo oo lumnliavterqsie re tus oeisrdgecu cii sotacps rctrhniuoateieadti nhnreneinaonsiei.oonm etonts .rnsazos tNo ede ePpeeecnai rsr i gve;ri ounistpvitp nmùolisuiiiinnieic rvceclet ,dececo ’piceoroe incpanusioiil.mrnrnfhnnuusozaeep itooaeèe---------ii Pvmpupailmaivootuv iiespnstelrirraus o,naee lorsqulob tlncuuatnbaooene nevl e seeurtristt eosumeaes s on p eaeeltoennr ir dtae ào tpnmnpplfmoddtdgiooriuii aoezeoed r oerszr nocsò eMebfinil aasan at d e lbapaottdrtaroctdoeaelteiprone oltrce smo.nrtral p oaliasilfoeImao t ariv loe a mi dp eoss ntccreucicltoeee tmoairteoormae rrnseslatnnamvslgtac toeci aci atreingnsurn iaiouonsrfuaacedeno,eci,nnz lla n cro m’e iupie aalq,m ali n a set lclplpcuzac iet itrorph firu.a ee o.ia ocoose rse A,ò rNgah tonrstca cp rmaaelfgeceeeovahlfombl er’s,siirlaieei ensbs isnnencz pr pegsoiisd oeetioatiruedaioe oiàl en n nn nn ertund ,c strnpo ctsaaoeainesraeio e oto i n lcuatr tu sdrcn t mlrresmn pdiieliriiuson ta s oa’egidniecoeo t ddnllnac riacsa elee eaich tctrolnps a rnraltoihecati areose nzzar ichopetmt pimpzaleacaan taelaaso eaorili ttap utirlbzinim,end iàtn toinzogriicoeido celef drz ner. crineie, ntilaoznnm Oaaaresleltzitlitetiligneog easpcibaoalro,ac.ennttili li ioaeeee--------ii Medical Body Scans/Photo Researchers, Inc. (); Olivier Voisin/Photo Researchers, Inc. (); ossocuorecortesia Antonietta M. GattI, Università di Modena e Reggio Emilia, e Stefano Montanari, Nanodiagnostics Srl Si ringraziano John D. Young e Jan Martel ctdsptzscndtdtistdznarieeottoiiioeeaoe eioe.om r nd ml l, ssd fÈ iInmlnl caiaso.iol’teeit op euecun ircnuaQl psm.so loi’mteoo centtu esutrSspea easnmoaiemlcnseae nssem’lsvc.ceoe cacicn arepeaoe Prliriote odlinadvrfltliceaiminnliitnnia,eùtoa oucc o tisdlm vopsi z ainiin minccp a ood ir tdi ihgaovetaieui nlniler ilet l e’anzisp amtaicaeotpngf itntaeio iredolo roe canfabtaerisrtounir bri aronnliscofmtppatifreeiezioasc eltezrrn, eberiitaaz hdraioricore rpobnoii nipeenahb opntee nelcii ro enaaeanno rriio aem p p o b oeseiitfcfd/pce nros veilr soaihaseoilliionaite oam nrnresunepecnd meem slmo msseenavreeo iaaiam asemisaon,ropqgp in ss loernrdltdniiuaipiaee e m.oers eeilicirotn da cl e ,iprooph lcad ois,ra’qedae crelieeiidnsmleinss oruicls isusus sltou mitcnfetiitiiee ieno aclcrnu st irst riounoeelrqt paeretuolmferldtnbalui trrollo eazs oaeonoliciesap.nz ’ ps l ,ofitiè ozdsai ciQnnedeeq ierziibizco uirom iepuug dzncaibeeantnnouaaeeeurttiielioe--------------si, NnPBNiApPPBH«fCCPCPaenePl5.pucuhluhaoalyoat beo«L1r.4at-yrttlmamn bioicPoaaop5pd,42osro rimdrSptteiaoe5r,nia1unpoii oo lmovcvrp4ai,maoO ceaol td«eestplo91eesrxy rNePuA t2 .pg-te° aedNN arLoCEic8c50 hdiicns smofaac»aztNa250ii l dsi,nSScannadaels 75a9aVc g lcetoonsAo.g44OM.n ioi siRm.bbYdoufgpe-,o lN io.Maaoe8n minNa8yn baoEu4fccm2 c t oeaa soo» ani,t2tte7C rtrr,ch ffeenpgn sPte0 am9 VateeSrrrga .» r0elJ ,oirii lic,o2 lneaaarN nbr. 9e7lJViaD.-,ctli .e a o . . aR sPoS2n4pl CuY.ntnue leri0uo,e.eiar.cao g aon Yspnue0rl 1ennllaatt oucoi.n4rs8H0eadeo lteuim5rtg»4. li 5ui urs nso1,Cn ,1i ,mJ m, eVgn9 pau o7n.io nsD.9ns flaJ,. tl t 8...9nu1o D9e. r4f. e5 , , stapceaedltdestgusnaeiotutssneivaiialocrets ,tpspsintprreuc t teI ismueliaeemnlol arizroei slscbrstoi lafei trisipidolcihocabcne anneaeibreerinetesefgnresonuoitltes isere mrloaedubcns ipsneo a c tcau odiaaii rpa lic ocio zdopti te rvcnnrhq ahitmisllegooeileeoettleulieitfae inrdltr. pan i a.e aaueeir up notQla,vesCla nlsri tontitvltlr siiouzotratto’ve ttsaiiaeeiiic ea in t sseto sv ,am tnaafsàa,s gdrtten fafitt,eeriu,t taara feai o iratrlaepaev a tntmollvgcrmp .t oiaslui pivptteoagercram riirooea rrotimi ci mdm inoid lsntciae cdeair eippiaeesd onencesi nmcsnrslnspordtobe eieoszccinttr. ciolbsnire apersanoa aeAes ee nìt o rdtepsi t aeidrtitce avuis riioos ltm ei oga attlaurusc sa reulmaplrgeeso sianaip irmn rtsrpi e l ne aperbaepispmmrea emslo re ieeirrsivsdli enerd,oo raidopsi iseeet n csotdavlesrdàat ie-sotottado rte . aoieicaepne anns,n mir u prnnvrrpessepiteglopietzeeleiee i,o iia r cen noqrctaplplsm nt e iotauttmsrvosiapeisaivnuooaeerirrcisstoaàne----------iiii
60 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 61
ambiente
Guerra nucleare locale, catastrofe globale
Ci si preoccupa dei rapporti tra Stati Uniti
e Russia, ma una guerra nucleare regionale
tra india e Pakistan potrebbe offuscare il Sole
e affamare buona parte dell’umanità
di Alan Robock e Owen Brian Toon
Venticinque anni fa gruppi di scienzia­
ti provenienti da nazioni diverse aveva­
no dimostrato che una guerra nucleare tra
Stati Uniti e Unione Sovietica poteva causare un
«inverno nucleare». Il fumo degli enormi incendi
in sintesi provocati dalle bombe sganciate su città e aree in­
dustriali avrebbe avvolto il pianeta, e avrebbe as­
■ L e bombe nucleari sganciate sorbito così tanta luce del Sole da far diventare la
su città e aree industriali
superficie della Terra fredda, buia e arida. Questa
in un conflitto tra India e
oscurità avrebbe ucciso le piante in ogni parte del
Pakistan provocherebbero
mondo, annientando le nostre fonti alimentari. Le
immani incendi che
immetterebbero enormi temperature avrebbero raggiunto valori inverna­
quantità di fumo nell’alta li in estate. Il dibattito internazionale su questa
atmosfera. previsione, alimentato soprattutto dall’astronomo
Carl Sagan, aveva spinto i leader delle due super­
■ L e particelle rimarrebbero
potenze a confrontarsi con la possibilità che la lo­
in atmosfera per anni,
bloccando la luce del Sole e ro corsa agli armamenti avrebbe messo in perico­
rendendo la superficie della lo l’intera specie umana, non solo gli Stati Uniti e
Terra fredda, buia e arida. l’Unione Sovietica. Nazioni grandi e piccole chie­
Ne seguirebbe il collasso devano il disarmo.
dell’agricoltura e un gran L’inverno nucleare era diventato un fattore im­
numero di decessi per fame. portante per fermare la corsa agli armamenti. In
Quindi un raffreddamento
seguito, nel 2000, parlando di quel periodo, l’ex
globale potrebbe essere
capo di Stato dell’Unione Sovietica Michail Gor­
provocato anche da una
bacˇëv ha osservato: «I modelli elaborati dagli scien­
guerra regionale, e non solo
ziati russi e statunitensi mostravano che una guer­
da un conflitto tra Stati Uniti
ra nucleare avrebbe prodotto un inverno nucleare
e Russia.
estremamente distruttivo per tutta la vita sulla Ter­
■ G li scenari di un possibile ra; questa conoscenza è stata un grande stimolo
raffreddamento sono basati
ad agire, per noi persone con un senso dell’onore e
su simulazioni al computer.
della moralità».
Ma l’osservazione di
Perché ne parliamo oggi, se la guerra fredda
eruzioni vulcaniche, incendi
boschivi e altri fenomeni è finita? Perché altri paesi si sono dotate di armi
confermano che i modelli atomiche, e anche guerre nucleari a scala regiona­
sono corretti. lme ipleo.t Preebr beesreom ppoirot,a nreu oav uen aan caaltisais trriovfeela gnloo bcahlee usin­ Richard Lee
62 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 63
PeRdita conflitto tra India e Pakistan in cui fossero sgan­ to uno di noi (Toon) e Rich Turco, dell’Università
india contro Pakistan
di Vite Umane ciate 100 bombe nucleari su città e aree industria­ della California a Los Angeles, entrambi veterani
li – cioè lo 0,4 per cento delle oltre 25.000 testate degli studi degli anni ottanta, a valutare gli effet­
Un conflitto atomico tra Stati Uniti e Russia potrebbe Sono nove le nAZiOne testAte
Una guerra nucleare totale tra India atomiche del mondo – produrrebbe tanto fumo da ti ambientali globali di una guerra nucleare regio­ far sprofondare la Terra in un inverno nucleare, nazioni che hanno
e Pakistan potrebbe sterminare le paralizzare l’agricoltura globale. Una guerra regio­ nale e a prendere come caso di studio uno scontro ma anche i conflitti regionali potrebbero armi nucleari. Russia 15.000
popolazioni locali e provocare Ciascuna di esse,
ulteriori vittime in tutto il pianeta. nale provocherebbe enormi perdite umane anche tra India e Pakistan. avere lo stesso effetto. India e Pakistan, tranne Corea del Stati Uniti 9900
ai paesi più lontani dal conflitto. Secondo le stime più recenti di David Albright, da lungo tempo in attrito, hanno più Nord e Iran, se
dell’Institute for Science and International Securi­ di 50 testate nucleari ciascuno; se impiegasse il suo Francia 350
2di p0er smone iplotiroebbneroi morire nella Una guerra regionale ty, e Robert S. Norris, del Natural Resources Defen­ PakIStaN ognuno dei due paesi sganciasse amrestetnearele a p roistrcehbibo e Cina 200
regione per effetto diretto dei minaccia il mondo se Council, l’India ha 50­60 testate già assembla­ INdIa tutte le sue bombe su città e aree la civiltà umana.
industriali, il fumo degli incendi Regno Unito 200
bombardamenti e a causa degli Grazie ai computer e ai modelli climatici, ab­ te (e plutonio a sufficienza per 100) e il Pakistan ne
incendi e delle radiazioni successivi biamo mostrato sia che le idee degli anni ottan­ ha 60. Entrambi i paesi continuano a incrementa­ 1300 arresterebbe l’agricoltura in tutto Israele 80
ai bombardamenti. il mondo per dieci anni. I missili
ta erano corrette sia che gli effetti durerebbero re i loro arsenali. I test nucleari di India e Pakistan
per almeno dieci anni, molto più a lungo di quan­ suggeriscono che la potenza delle loro testate sa­ 2500 balistici sia indiani sia pakistani Pakistan 60
Un miliaRdo )mo potrebbero raggiungere buona
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il fumo avvolge la terra bloccando la luce del sole
In due giorni gli incendi provocati dalle Gli incendi provocati da 100 testate lanciate dall’India e dal giorni la regione sarebbe ricoperta da una spessa coltre di fumo. In nove Nulla Densità del fumo (profondità ottica per assorbimento) Alta
bombe farebbero arrivare il fumo nella Pakistan genererebbero almeno 5 teragrammi (5 milioni di giorni la fuliggine si estenderebbe a tutto il globo. Dopo 49 giorni le
troposfera. A quel punto il Sole tonnellate di fumo. Simulando gli eventi atmosferici di un 15 particelle ricoprirebbero la Terra abitata, bloccando la luce del Sole al 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 0,3 0,5 0,7 1,0
rpsitosrrcatataolndsdefeorerleab .ba Qenu clieo l repa a pprrtieùicc eaipllltieota ,d zfiii nofuonm ia lola, 85 chilomteetrrimOsferA rnO2 maggio immaginario, gli autori hanno osservato che dopo cinque punto che il cielo sembrerebbe coperto ovunque. Passa meno del 90 per cento della luce solare.
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64 LE SCIENZE 499 marzo 2010 www.lescienze.it LE SCIENZE 65