Voglio evidenziare una notizia che ho letto nel web e che mi ha molto incuriosito. Si tratta di una recente scoperta in merito ai diffusori di aria calda usati per asciugare le mani nei bagni pubblici di tutto il mondo (la notizia la apprendo da questo sito, ma l’ho verificata e nel paragrafo “Per saperne di più” trovate il riferimento).
Un team di ricercatori della University of Connecticut School of Medicine ha pubblicato su Applied and Environmental Microbiology uno studio in cui riportano i risultati di analisi microbiologiche condotte sulla diffusione di alcuni batteri patogeni per l’uomo campionati dai diffusori di aria calda summenzionati.
Questi ricercatori hanno deciso di identificare la natura degli eventuali batteri diffusi dal flusso di aria calda degli asciugamani elettrici presenti nei bagni pubblici di tre aree distinte del loro centro di ricerca. Hanno scoperto che la quantità di batteri risultava trascurabile quando questi diffusori non erano utilizzati, ma diventava molto importante quando essi venivano usati anche solo per pochi secondi. Ma la cosa più sorprendente è stata scoprire che i batteri diffusi non sono proprio innocui per l’uomo. Infatti questi ricercatori hanno scoperto che ben 254 diverse tipologie di batteri, tutti di origine fecale, venivano raccolte sulle piastre usate per campionare l’aria calda. La conclusione degli studiosi è stata che l’uso degli scarichi nebulizza nell’aria dei bagni pubblici tutti i microrganismi di origine fecale. Questi si depositano sugli asciugamani elettrici. Quando gli asciugamani ad aria calda vengono messi in funzione, i microrganismi di origine fecale finiscono sulle mani di chi ha provveduto a lavarsi dopo aver espletato le sue funzioni fisiologiche. Molto meglio, quindi, fare uso dei fazzolettini di carta per asciugarsi dopo aver fatto uso dei bagni pubblici.
Correva l’anno 1948 e lo zoologo H.M. Peters conduceva delle osservazioni sulle modalità con cui i ragni tessono la loro tela. Peters aveva necessità di documentare le sue osservazioni con delle foto. Incontrò ben presto un problema. I ragnetti non sembravano molto collaborativi. Tessevano la tela nelle prime ore del mattino, preferendo operare nella totale oscurità. Questo, oltre a costringere Peters a delle levatacce, impediva l’uso delle tecniche allora in uso per scattare le foto. Nel ‘48 non esistevano le macchine fotografiche di oggi e per ottenere immagini decenti era necessario illuminare la scena. L’illuminazione, tuttavia, contrastava con le abitudini dei ragnetti. Peters decise, allora, di rivolgersi ad un suo collega farmacologo, Peter Witt, per capire se fosse possibile somministrare un qualche farmaco ai ragnetti per spostare la loro attività dalla notte fonda alle prime luci del mattino.
Witt decise di somministrare ai ragnetti diverse sostanze psicotrope e di valutarne gli effetti sul comportamento e la produttività.
La Figura 1 mostra la tela normale di un ragno a cui non era stato somministrato nulla.
Figura 1. Tela fatta da un ragno non “drogato” (Fonte)
Dopo somministrazione di mescalina, la rete appariva come in Figura 2
Figura 2. Tela ottenuta dopo somministrazione di mescalina (Fonte)
La mescalina è una sostanza che si trova in un cactus che veniva masticato dai nativi americani per indurre allucinazioni. Queste venivano descritte come veri e propri contatti con le divinità. Evidentemente, i ragnetti, a cui era apparsa improvvisamente la loro aracno-divinità suprema, avevano dimenticato di costruire parte della loro tela lasciando il lavoro a metà.
La dietilammide dell’acido lisergico o LSD è una sostanza allucinogena la cui struttura è simile a quella dell’acido lisergico, tossina da cui è stata sintetizzata. Quest’ultima è contenuta nella segala cornuta. La LSD, come lo stesso acido lisergico, provoca stati di alterazione che corrispondono ad un aumento delle percezioni sensoriali e visioni distorte della realtà. Sembra che la tossina contenuta nella segala cornuta sia stata responsabile delle allucinazioni che, nel XVII secolo, furono alla base delle accuse di stregoneria e della caccia alle streghe che si realizzò a Salem. Per effetto delle “allucinazioni” indotte da LSD, la tela dei ragnetti appariva come in Figura 3.
Figura 3. Tela tessuta dopo somministrazione di LSD (Fonte)
I ragni hanno “dimenticato” di tessere gran parte dei fili interni nella struttura portante della loro tela.
Quante volte diciamo “ma che ti sei fumato?” quando vogliamo riferircia qualcuno il cui comportamento è svagato? Questa locuzione, come è ben noto, si riferisce all’uso di marijuana che ha la proprietà di alterare le proprietà cognitive degli individui. Ebbene, a quanto pare anche i ragni vengono influenzati dagli effetti della marijuana. La Figura 4 mostra la rete fabbricata dai ragni a cui è stata somministrato questo farmaco.
Figura 4. Ragnatela fatta da ragni soggetti all’azione della marijuana (Fonte)
I caffè, si sa, contengono caffeina, un alcaloide che, se assunto in grande quantità, può portare a problemi cardiaci. Oltre agli effetti cardiaci, la caffeina stimola anche il sistema nervoso centrale tanto è vero che molte volte diciamo “no, grazie. Il caffè mi rende nervoso”. Il ragno che ha tessuto la tela mostrata in Figura 5 si deve essere innervosito non poco per aver fatto una ragnatela che ha poco in comune con quella tradizionale di Figura 1.
Figura 5. Ragnatela fatta da un ragno sottoposto all’azione della caffeina (Fonte)
La benzedrina è una molecola che appartiene alla classe delle amfetamine, farmaci che stimolano sia il sistema nervoso centrale che periferico. La sua somministrazione “induce una spiccata capacità di iniziativa, stato di eccitazione ed esaltazione; scompare qualsiasi sensazione di fatica con conseguente aumento dell’attività motoria e logorrea; si fortifica mentalmente il soggetto senza che però si potenzi il rendimento personale”. I ragnetti che hanno prodotto la tela di Figura 6 hanno lavorato con maggiore velocità rispetto al normale fabbricando, in ogni caso, una rete molto più asimmetrica rispetto a quella di Figura 1.
Figura 6. Tela ottenuta sotto l’effetto di benzedrina (Fonte)
Quando i ragnetti sono stati sottoposti all’azione di un sonnifero, la ragnatela è risultata largamente incompleta, come mostrato in Figura 7.
Figura 7. Ragnatela ottenuta sotto l’effetto di un sonnifero (Fonte)
Gli esperimenti condotti da Witt alla fine degli anni quaranta del XX secolo, sono stati riprodotti, ed i risultati confermati, dagli scienziati della NASA molto recentemente. Purtroppo per Peters, i ragnetti non hanno modificato le loro abitudini mattutine, ma solo quelle relative alla loro capacità di costruire le ragnatele.
Chi frequenta questo blog o la mia pagina facebook sa che la mia attività di ricerca degli ultimi anni, oltre ad essere centrata sullo sviluppo della risonanza magnetica nucleare a ciclo di campo in ambito ambientale, è imperniata sulla valutazione della chimica fisica del biochar, un carbone ottenuto per degradazione termica in assenza o scarsità di ossigeno (ovvero pirolisi) di biomassa animale e vegetale. Faccio anche parte della European Biochar Certificate (EBC), una organizzazione internazionale che promuove l’uso del biochar in agricoltura e si interessa della standardizzazione delle metodiche analitiche per la valutazione delle caratteristiche chimico fisiche di tale materiale. Lo scopo ultimo è quello di suggerire una agricoltura sostenibile mediante l’uso, il riciclo e la trasformazione delle biomasse di scarto delle attività antropiche.
Alla luce di quanto appena scritto, sono felicissimo del fatto che la stampa scientifica divulgativa stia facendo da cassa di risonanza per un lavoro apparso su Nature Communications a firma di venti persone, tra cui il sottoscritto, in cui cominciano ad essere chiariti i meccanismi molecolari attraverso cui il carbone applicato ai suoli consente l’incremento della fertilità. Qui, qui, qui la notizia apparsa su alcune testate di divulgazione scientifica, mentre qui trovate il link al lavoro originale pubblicato su Nature Communications.
Biochar sì, biochar no?
Sebbene sia noto che l’uso del carbone in agricoltura consenta un aumento della produzione agricola (per esempio qui e qui), ci sono ricerche che ne demonizzano l’uso invocando la sua tossicità legata ad una presunta capacità di rilasciare idrocarburi policiclici aromatici e diossine o alla sua inerzia chimica che non consentirebbe il miglioramento della fertilità dei suoli (un libro in cui c’è una visione ecologista abbastanza spinta sull’uso del biochar è questo). In realtà, come si può leggere nella review qui, la probabilità che il carbone ha di cedere all’ambiente idrocarburi policiclici aromatici e diossine è praticamente nulla a fronte di un miglioramento delle proprietà idrauliche (qui), della struttura (qui) ed, in generale, della fertilità (qui) dei suoli.
Come funziona il biochar? In che modo promuove la fertilità di un suolo?
Nel 2013, il gruppo di ricerca di cui sono responsabile ha pubblicato un lavoro in cui è stata analizzata la dinamica dell’acqua sulla superficie di un biochar (qui). Perchè tra i tanti liquidi proprio l’acqua? Semplice. Perché l’acqua è direttamente coinvolta nei processi di nutrizione vegetale e, di conseguenza, è il mezzo attraverso cui il biochar nei suoli consente la veicolazione dei nutrienti alle piante. I risultati di questo lavoro hanno evidenziato che acqua e biochar interagiscono tra loro attraverso due tipologie di legame: da un lato legami a idrogeno non convenzionali tra il piano dei sistemi aromatici del carbone e le molecole di acqua, dall’altro legami di coordinazione tra le componenti metalliche delle impurezze inorganiche e le coppie solitarie dell’acqua (Figura 1).
Figura 1. Interazioni tra biochar e acqua
La presenza di queste interazioni, associate a quelle che l’acqua forma con i soluti in essa disciolti, ha consentito di ipotizzare che la capacità che il carbone ha di assorbire e poi rilasciare gradualmente nutrienti come il nitrato sono dovute proprio alla mediazione delle molecole di acqua. Queste, mediante il loro caotico movimento, consentono ai nutrienti di penetrare nei pori della superficie del biochar; una volta lì, il nutriente solvatato rimane “agganciato” alla superficie grazie alle interazioni anzidette (Figura 2).
Figura 2. Interazioni tra nutrienti (pallini verdi e viola) e biochar mediate da molecole di acqua
Se il biochar è invecchiato, la sua capacità assorbente migliora perché la chimica della superficie del biochar cambia nel tempo. Infatti, il numero di gruppi funzionali idrofilici (per esempio quelli contenenti ossigeno che si inserisce sulla superficie del biochar per effetto dell’ossidazione con l’atmosfera) aumenta con l’invecchiamento (Figura 3. Qui il lavoro in cui sono descritti tutti i dettagli sperimentali che hanno portato alle conclusioni brevemente descritte).
Figura 3. Interazioni tra nutrienti e biochar invecchiato
Un miglioramento delle capacità assorbitive/desorbitive del biochar si ottiene attraverso la funzionalizzazione della sua superficie mediante l’inserimento di un film organico usando un processo chimico che prende il nome di co-compostaggio. In parole povere, il carbone viene inserito assieme a biomassa vegetale fresca in un compostatore (ovvero un sistema che consente l’ottenimento del compost); una volta avviato il processo di degradazione ossidativa della miscela biochar-biomassa, si ottiene un carbone la cui superficie risulta più idrofilica di quella del carbone non co-compostato; la maggiore idrofilicità superficiale permette a questo materiale di intrappolare meglio i nutrienti e di funzionare meglio del carbone tal quale come ammendante dei suoli (qui il lavoro in cui si discute delle migliori caratteristiche qualitative del biochar co-compostato).
Perché è importante la comprensione dei meccanismi di funzionamento del carbone?
Delucidare le modalità con cui qualcosa funziona consente di indirizzare in modo opportuno la sintesi di nuove tipologie di materiali.
Nel caso specifico, si pongono le basi per la progettazione di nuovi ammendanti che permettono pratiche agricole sostenibili.
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