Naturale è buono? Le sostanze tossiche di origine vegetale

Reading Time: 2 minutes

Naturale è buono? Le sostanze tossiche di origine vegetale

Quante volte si sente dire che naturale è buono e chimico è cattivo? In realtà non tutto quello che viene sintetizzato in natura è “buono” nell’accezione che oggi noi diamo a questo aggettivo. Un esempio molto banale è quello delle piretrine (la figura che accompagna questa Pillola è la struttura base di queste sostanze).

Le piretrine sono delle molecole che vengono sintetizzate nei processi metabolici di alcune piante. Nella fattispecie si trovano in alcuni crisantemi. Sì, proprio i fiori che nel nostro mondo vengono usati per addobbare le tombe nel giorno dei morti, mentre nel mondo orientale (il Giappone per quanto mi è dato sapere) sono simbolo di gioia e felicità.

Passando al linguaggio scientifico, le piante da cui vengono estratte le piretrine sono del genere Chrysantherum. La pianta che è più ricca di piretrine è la Chrysanterum cinerariaefolium coltivata in diversi paesi tra cui il maggior produttore sembra essere il Kenia.

Le piretrine agiscono alterando la trasmissione assonale dell’impulso nervoso bloccando in questo modo le funzioni vitali degli insetti. In effetti quello che si verifica è che gli insetti che entrano a contatto con queste molecole vengono immediatamente paralizzati. Non è una bella morte devo aggiungere. Ma non è questo il punto. Pur essendo tossici per gli insetti, le piretrine mostrano una tossicità per gli animali superiori che sembra essere abbastanza bassa. Per esempio la dose letale media per i topi è di circa 500 mg/kg. Supponiamo che questa sia anche la dose letale media per l’essere umano. Quel numero significa che per arrivare ad avere degli effetti tossici, un individuo del peso di 80 kg deve ingerire circa 40 g di piretrine. Non è facile. Ovvero, non lo è per i consumatori di frutta e verdura. Può esserlo per gli agricoltori che nella loro attività fanno uso di queste che vengono definite sostanze naturali .

Come si vede dalla foto allegata, queste molecole hanno un ciclo a tre atomi di carbonio. Questa parte della molecola rende le piretrine facilmente degradabili. Infatti, il loro tempo di residenza medio nei suoli è di circa un paio di giorni. Dopo tale periodo esse sono totalmente decomposte ed il loro effetto tossico finisce. Ecco spiegato il motivo per cui un consumatore medio difficilmente può essere intossicato da queste molecole.

Interessante vero? Beh, questo è il fascino di quella che si chiama “chimica delle sostanze naturali”. Si tratta di una branca della chimica che studia la struttura e le proprietà delle molecole che vengono sintetizzate come metaboliti secondari nelle piante e negli animali. E’ facile capire che la presenza delle piretrine tra i metaboliti secondari delle piante sia un vantaggio evolutivo. Solo le piante che sono in grado di sintetizzare questi metaboliti sono in grado di “difendersi” dagli insetti predatori e, di conseguenza, sopravvivere in natura. Si tratta, in definitiva, di molecole che fanno parte dello scudo difensivo che viene usato dagli esseri viventi nell’eterna lotta per la sopravvivenza.

Approfondimenti
http://www.informatoreagrario.it/…/0…/piretro-per-difesa.pdf
http://www.informatoreagrario.it/…/viti…/Vic0304/piretro.pdf
http://veterinaria.scivac.org/…/intossicazione-da-insettici…

Cos’è e come funziona il GoreTex?

Reading Time: 2 minutes

Avete mai sentito parlare di GoreTex?

Si tratta di un tessuto usato per impermeabilizzare. Allo stesso tempo, però, esso consente di rendere traspiranti gli indumenti per i quali viene utilizzato.

Si ottiene dal politetrafluoroetilene (PTFE). Si tratta di un polimero che è alla base del teflon, una plastica usata in diversi campi, dall’idraulica all’industria aerospaziale. Il teflon, sotto forma di nastro, viene usato per evitare le perdite nelle tubazioni, per fabbricare pentole antiaderenti o per la costruzione degli scudi che consentivano, fino a qualche anno fa, il rientro dello Space Shuttle dalle missioni spaziali.  L’elevata resistenza alle temperature rendeva, infatti, il PTFE particolarmente adatto ad evitare i danni dovuti all’attrito tra la struttura dello Space Shuttle e l’atmosfera Terrestre.

Quando il PTFE viene trattato in modo particolare (in termini tecnici si dice che viene espanso [1]) si ottiene un materiale brevettato dalla famiglia Gore (sì, quella del vice presidente degli Stati Uniti nell’epoca Clinton) che è stato battezzato GoreTex.

Il PTFE espanso ha un’area superficiale molto elevata. Poiché l’area superficiale è direttamente correlata alla porosità di un materiale, il GoreTex ha anche una elevata porosità. In particolare, la dimensione dei pori del GoreTex è dell’ordine dei 2 um (um sta per micrometri, ovvero 10^(-6) m)).

Una molecola di acqua occupa un volume del diametro di circa 0.2 nm (nm sta per nanometri, ovvero 10^(-9) m).

Il rapporto tra le dimensioni dei pori del GoreTex e il diametro di una molecola di acqua è di circa 10000 : 1, ovvero i pori del GoreTex sono diecimila volte più grandi di quelli di una singola molecola di acqua.

Poiché la dimensione dell’acqua in fase aerea (ovvero vapore) è molto più piccola di quella dei pori del GoreTex, il sudore, che altro non è che acqua in forma di vapore, riesce passare attraverso il tessuto. Al contrario, le molecole di acqua in fase liquida formano aggregati le cui dimensioni sono molto più grandi di quelle dei pori del GoreTex. Il risultato finale è un materiale plastico,(sì, il GoreTex è plastica) in grado di impedire la penetrazione dell’acqua dall’esterno (proprietà impermeabili) e di favorire la fuoriuscita del sudore (proprietà traspiranti).

La chimica dei materiali lascia sempre a bocca aperta

Riferimenti e note:

  1. L’espansione di un polimero si ottiene addizionando materiali espandenti quali, per esempio, il pentano, o qualsiasi altro idrocarburo, che bollono a temperature basse. Durante la fase di preparazione del polimero, che avviene a caldo, il materiale espandente si allontana e lascia “traccia” di sé nelle bolle che conferiscono “leggerezza” al prodotto finale. Nel caso specifico del GoreTex, l’espansione si ottiene termomeccanicamente, ovvero il filamento caldo viene viene teso con uno stratto secco

La foto di copertina è da Wikimedia Commons

Scoperta l’impronta di titanosauro.

Reading Time: 1 minute

Scoperta l’impronta di un titanosauro.

E’ appena apparsa la notizia che l’impronta enorme di un dinosauro (in particolare un titanosauro) è stata scoperta nel deserto del Gobi in Mongolia (https://it.wikipedia.org/wiki/Mongolia)

L’impronta, di 106 cm di lunghezza e 77 cm di larghezza, è stata scoperta in uno strato di suolo databile in un intervallo che va dai 70 ai 90 milioni di anni fa.

La fonte di questa notizia è il sito phys.org al link: http://phys.org/…/2016-09-giant-dinosaur-footprint-mongolia…

Non ci sono riferimenti scientifici al momento. Aspettiamo, quindi, un lavoro ad hoc in merito.

L’acqua e la forza dei legami a idrogeno

Reading Time: 2 minutes

L’acqua e la forza dei legami a idrogeno

Il ruolo che i legami a idrogeno svolgono nel comportamento dell’acqua è già stato evidenziato più volte in altre Pillole di scienza [1-3]. La formazione dei legami a idrogeno è stata ascritta al momento dipolare dell’acqua, ovvero al fatto che una parziale carica positiva è presente sugli atomi di idrogeno mentre una parziale carica negativa è presente sull’atomo di ossigeno. Grazie a questa separazione di carica, ogni molecola di acqua è in grado di circondarsi di un massimo di altre 4 molecole di acqua che sono agganciate alla prima attraverso 4 legami a idrogeno. Di questi, due legami sono ottenuti grazie al contributo degli elettroni delle coppie solitarie, gli altri due grazie al contributo degli atomi di idrogeno.

All’aumentare del numero di molecole di acqua che circondano una data molecola H2O, si osserva un comportamento singolare. Infatti, man mano che il numero di molecole di acqua aumenta intorno ad una di riferimento, si osserva un “rafforzamento” dei legami a idrogeno che la molecola di riferimento forma con quelle vicine. Questo “rafforzamento” è dovuto ad un incremento del modulo, ovvero del valore, del momento dipolare che passa da 1.85 D (la D è l’unità di misura del momento dipolare e si legge Debye) per l’acqua monomerica (cioè l’acqua da sola) a circa 3 D per l’acqua inserita in un cluster (cioè un grappolo, un insieme) fatto da 32 molecole di acqua.

Come si spiega il cambiamento del momento dipolare e, di conseguenza, il rafforzamento dei legami a idrogeno?

Sembra che il ruolo più importante nel definire il momento dipolare di una molecola di acqua non sia ricoperto dai legami O-H, ma dalle coppie solitarie (indichiamole semplicemente con lp) presenti sull’ossigeno. Quando il numero di molecole che circondano quella di riferimento aumenta, l’angolo lp-O-lp diminuisce passando da circa 125 gradi dell’acqua singola a circa 114 gradi dell’acqua circondata da altre 32 molecole di acqua. Questa diminuzione dell’angolo descritto porta all’incremento del valore del momento dipolare e della forza coi cui la molecola di acqua riesce a legare a sé le altre molecole di acqua via legami a idrogeno. Informazioni dettagliate per i più curiosi nel riferimento [4].

Riferimenti:

[1] https://www.facebook.com/RinoConte1967/photos/a.1652785024943027.1073741829.1652784858276377/1818201761734685/?type=3

[2] https://www.facebook.com/RinoConte1967/posts/1847184085503119:0

[3] https://www.facebook.com/notes/rino-conte/pillole-di-scienza-il-ruolo-dei-legami-a-idrogeno-nel-comportamento-dellacqua-li/1856785507876310

[4] Kemp & Gordon, An interpretation of the enhancement of the water dipole moment due to the presence of other water molecules. J. Phys. Chem. A, 2008, 112: 4885-4894

L’acido di Hitler

Reading Time: 1 minute

L’acido di Hitler

Sapevate che esiste l’acido di Hitler? Si tratta dell’acido ortocarbonico (H4CO4) la cui struttura assomiglia alla svastica nazista, da cui il nome (v. la figura a corredo di questa notizia).

Pare che calcoli computazionali abbiano permesso di ipotizzare la presenza di questo acido nel nucleo più interno di alcuni pianeti (Urano, nella fattispecie) come conseguenza di una reazione esotermica (ovvero che sviluppa calore) tra l’acqua e l’anidride carbonica quando la pressione cui le due molecole sono sottoposte arriva almeno a 314 GPa. Si legge 314 giga Pascal, ovvero una pressione che è circa 10000 volte più elevata della pressione atmosferica a livello del mare.

Lo studio condotto da ricercatori del Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) e del Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) apre nuove prospettive circa la chimica di molte molecole in condizioni estreme. L’acido ortocarbonico che è particolarmente instabile, risulta, infatti, stabile quando sottoposto alle alter pressioni.

I calcoli computazionali sono stati effettuati con un software che si chiama Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography e consente di ipotizzare la presenza di molecole la cui esistenza è giudicata impossibile nelle condizioni di atmosfera e temperatura cui siamo abituati sulla Terra. In altre parole, lo scenario che si apre con l’uso del predetto software è molto intrigante perché ci permette di capire che la chimica che studiamo all’università può essere ben diversa rispetto a quella presente in altre regioni dello spazio profondo.

Per approfondire:

https://theanalyticalscientist.com/…/hitlers-acid-in-uranus/

http://www.universetoday.com/…/uranus-neptune-may-keep-hit…/

http://han.ess.sunysb.edu/uspex_manual/uspex_manual.pdf

Emergenza punteruolo rosso in Sicilia

Reading Time: 1 minute

Emergenza punteruolo rosso

Qualche anno fa si presentò in Sicilia (ed in tutto il nostro paese) un “simpatico” coleottero chiamato “punteruolo rosso” per il suo colore e per il fatto che ha un “corno” a forma di punteruolo sulla testa. Questo insetto, proveniente dall’Asia ed arrivato in Italia dal Nord Africa grazie all’importazione di piante infette, depone le uova nelle parti tenere delle palme (per esempio in prossimità di “ferite” delle piante o alla base delle foglie). Le larve, che hanno un apparato masticatorio molto sviluppato, scavano gallerie per arrivare nelle zone più interne delle palme e cibarsi della cellulosa lì presente. Il risultato finale è che le palme “muoiono”. Migliaia di palme in Sicilia e nel resto d’Italia sono state abbattute perché, una volta infettate, diventano poco stabili e rischiano di cadere provocando danni a cose e persone. Tante università in Italia sono state impegnate nella ricerca di rimedi efficaci per contrastare l’infestazione da punteruolo rosso. Anche l’Università degli Studi di Palermo è stata coinvolta nella lotta a questo coleottero. Da qualche tempo la lotta sembrava finita. Ed invece è notizia di qualche giorno che il punteruolo rosso si è adattato alle palme che in precedenza non prendeva in considerazione. Pare che una infestazione da punteruolo rosso stia distruggendo le palme nane nel territorio di Segesta. Si ripresenta, quindi, il problema di qualche anno fa. In Europa mancano i predatori naturali del coleottero, per cui il contrasto biologico sembra poco praticabile. Rimane l’attacco con insetticidi che, tuttavia, è particolarmente invasivo e può dare problemi anche all’uomo. La lotta e, di conseguenza, la ricerca continua e non si può fermare.

Per approfondire:

I batteri dal movimento fototattico

Reading Time: 1 minute

I batteri dal movimento fototattico

L’evoluzione è veramente affascinante. Consente di scoprire mondi nuovi tali da far rimanere a bocca aperta chiunque sia un minimo assetato di conoscenza. Esistono batteri che si sono evoluti in modo da avere un metabolismo che consente loro di sfruttare l’energia solare per andare verso la luce o allontanarsi da essa all’occorrenza. Lo studio del metabolismo di questi batteri pare abbia consentito l’elaborazione di minuscoli robot dal comportamento fototattico dalle potenzialità notevoli. Sembra, infatti, che questi “robottini” potranno essere utilizzati in campo medico per riparare in modo mirato, guidati dalla luce, le ferite nel corpo umano.

Il micro mondo immaginato da Asimov in uno dei suoi romanzi si sta realizzando

Per saperne di più:

https://www.sciencedaily.com/releas…/2016/…/161004105038.htm

The Higgs bison

Reading Time: 1 minute

The Higgs bison

Quanti di voi leggendo il titolo hanno pensato ad un errore di battitura? In effetti è noto il bosone di Higgs ed è ragionevole pensare che io mi metta a descrivere sulla mia pagina una cosa del genere. Ed invece no. Ritengo che il bosone di Higgs sia fin troppo inflazionato. Molto meglio parlare del bisonte di Higgs. Mi incuriosisce molto la storia evolutiva di un mammifero Europeo.

Qualche ora fa è apparso su Nature Communications un articolo in merito a indagini genetiche compiute su resti fossili. È emerso che i nostri progenitori dell’era glaciale conoscevano una tipologia di bisonte che per scherzo gli scienziati coinvolti nello studio hanno indicato come “Higgs bison”. Si tratta di un ibrido tra il progenitore estinto delle moderne vacche ed un bisonte che viveva circa 120000 anni fa nei prati ghiacciati tra l’Europa ed il Messico. Questo ibrido vissuto un po’ di tempo fa sembra essere il progenitore dei moderni bisonti che vivono protetti tra la Polonia e la Bielorussia. La conoscenza del suddetto ibrido da parte dei nostri progenitori sembra testimoniata da dipinti rupestri trovati sulle mura di diverse caverne in giro per l’Europa.

Per saperne di più

http://www.nature.com/articles/ncomms13158

Le ombre ed il principio di Archimede

Reading Time: 1 minute

Le ombre ed il principio di Archimede

Il principio di Archimede ci insegna che un corpo immerso in un liquido riceve una spinta verso l’alto con una forza che è pari al peso del volume di liquido spostato. Questo principio, che descrive la cosiddetta spinta idrostatica, è alla base del principio di funzionamento di barche, navi e sottomarini. Tuttavia, mentre è abbastanza evidente cosa accade con oggetti così pesanti, è meno noto come il principio di Archimede possa spiegare il fatto che gli insetti camminino sull’acqua. Per questo motivo un gruppo di ricercatori ha inventato un modo per “misurare” la spinta idrostatica degli insetti. Hanno proiettato le ombre degli insetti “camminatori” su un foglio bianco posto alla base di un acquario. Utilizzando delle opportune fotografie, hanno messo in relazione l’intensità delle ombre generate dalla deformazione della superficie dell’acqua da parte delle zampette con la quantità di acqua che viene rimossa grazie ai peli presenti sulle zampette stesse. I ricercatori hanno concluso che la spinta idrostatica che consente agli insetti di camminare sull’acqua è legata proprio all’acqua rimossa grazie a questi “peletti”. La comprensione di questo meccanismo può essere alla base per la costruzione di microbot in grado anche essi di camminare sull’acqua

Per saperne di più:

https://www.sciencedaily.com/releas…/2016/…/161019132924.htm

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.langmuir.6b02922

Nuove frontiere della frode scientifica – I –

Reading Time: 1 minute

Nuove frontiere della frode scientifica

A quanto pare non si può abbassare la guardia. Esistono delle organizzazioni, pare in Cina, specializzate nella vendita di authorship positions, ovvero prendono soldi da scienziati (che io definirei pseudo scienziati) per inserire il loro nome tra gli autori di lavori a cui non hanno mai partecipato. Il prezzo varia in funzione del prestigio della rivista a cui il lavoro viene sottomesso.

Le frodi, che sembrano per ora soltanto nell’ambito delle neuroscienze, possono essere riconosciute in base ad alcuni segnali che, tuttavia, non sono esclusivi. Esempi sono lettere di accompagnamento scritte in un inglese approssimativo, indirizzi e-mail non istituzionali, indirizzi e-mail identici ripetuti per autori differenti. La notizia che mi sembra di una gravità inaudita è riportata in modo esaustivo al seguente link:

http://retractionwatch.com/…/seven-signs-a-paper-was-for-s…/