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Un annuncio che lascia di stucco l’intera comunità scientifica e non solo. He Jiankui della Southern University of Science and Technology di Shenzhen (Cina) ha annunciato al mondo di aver lavorato al concepimento e alla nascita dei primi bambini geneticamente modificati: si tratterebbe di una coppia di gemelle cinesi, venute alla luce all’inizio di novembre. La notizia è stata diffusa dal Mit Technology Review, a cui ha fatto seguito l’intervista esclusiva all’agenzia Associated Press, nella quale He ha spiegato come grazie alla tecnica di editing genomico Crispr abbia in pratica tentato – riuscendoci, a suo dire – di immunizzare i futuri esseri umani dall’infezione da hiv, il virus dell’Aids, disattivando un gene. He si è assunto la responsabilità di quella che molti non esitano a definire una sperimentazione umana dai risvolti imprevedibili, sia dal punto di vista biologico sia etico.

La sperimentazione
Con l’appoggio del professore di fisica e bioingegneria statunitense Michael Deem, He e il suo team di ricerca hanno avviato una sperimentazione per la creazione di quello che è ufficialmente definito un vaccino contro l’hiv allo Home Women’s and Children’s Hospital di Shenzhen.

He riferisce che nello studio (di cui per ora non esiste pubblicazione né revisione da parte di esperti indipendenti) sono state coinvolte sette coppiecinesi che avevano richiesto di accedere ai servizi di fecondazione in vitro (Fiv). In tutte le coppie l’uomo aveva contratto l’Aids, mentre la donna era sana.

Partecipando alla sperimentazione le coppie avrebbero potuto effettuare la Fiv gratuitamente.

Ottenuta l’autorizzazione dal comitato etico della struttura e il consenso informato (anche se qualcuno dubita che i futuri genitori avessero compreso tutti i rischi) dei partecipanti, He e i suoi colleghi hanno dato inizio all’esperimento creando in totale 16 embrioni modificati geneticamente con Crispr-cas9 perché venisse inattivato il gene Ccr5. Tale gene codifica per una proteina di membrana che si ritiene costituisca la porta d’accesso dell’hiv alle cellule. Il senso è: niente Ccr5, niente infezione – o quantomeno una maggiore protezione dei nascituri. Una motivazione più che etica secondo i ricercatori, perché L’Aids in Cina e nel mondo costituisce un serio problema per la salute pubblica, nonché per il benessere della persona. Spesso, infatti, si giustificano i ricercatori, i pazienti affetti da Aids perdono il lavoro e vengono discriminati.

Dopo la fecondazione in vitro, gli embrioni in fase precoce di sviluppo sono stati analizzati per constatare l’avvenuta modifica del genoma. Di tutti gli impianti effettuati uno sarebbe andato a buon fine e la gravidanza sarebbe stata portata a termine questo mese. He riferisce che sono nate due bambine, Lulu e Nana, una delle quali porta entrambe le copie modificate del gene Ccr5, mentre l’altra è eterozigote.

Critiche e dubbi

Chi ha avuto modo di visionare i pochi dati consegnati da He all’organizzazione della conferenza internazionale sull’editing genomico che inizierà martedì ha già sollevato diverse obiezioni sia sullo svolgimento della pratica sia sull’ammissibilità etica.

Dal punto di vista tecnico si contesta la sicurezza con cui questi risultatisono stati diffusi perché i test effettuati non sarebbero in realtà sufficientiper poter affermare che la modifica sia andata a buon fine e soprattutto che l’utilizzo di Crispr-cas9 non abbia comportato danni al resto del genoma.

Se anche così fosse, poi, una delle gemelle sarebbe in pratica un mosaico di cellule, alcune con la modifica genetica e altre no, e questo non darebbe alcun vantaggio alla bambina perché risulterebbe comunque suscettibile all’infezione da hiv. Perché dunque scegliere di impiantare un embrione modificato sapendo a priori che non avrebbe avuto i vantaggi attesi e esponendo il nascituro a rischi ancora sconosciuti per la sua sicurezza? Alcuni esponenti della comunità scientifica internazionale fanno inoltre notare che Ccr5 facilita sì l’ingresso del virus dell’Aids nelle cellule ma da un’altra prospettiva conferisce resistenza verso altri tipi di infezioni più comuni, meno prevenibili e trattabili dell’hiv quali i virus dell’influenza e del West Nile – patologie per cui si muore tutt’oggi.

Oltre al caso particolare, poi, tornano prepotenti tutti gli interrogativi eticiche accompagnano la discussione sulle modifiche genetiche negli esseri umani, specialmente se effettuate sui gameti (ovociti e spermatozoi) o sugli embrioni perché attribuiscono tratti ereditabili dalla futura progenie.

Per He, però, il suo lavoro aiuterà le coppie e i loro figli e, nel caso la sperimentazione avesse causato danni, sentirà la stessa pena delle famiglie, assumendosene la piena responsabilità.





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Detective presso Computer Crime Research Center. Investigazioni Roma. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Seminario Analisi del Crimine Violento Università di Roma

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Fisica

Abbiamo scoperto la prima molecola dell’Universo

È l’idruro di elio, scovato nella nebulosa Ngc 7027. A lunga cercata, si crede sia stata la prima molecola a formarsi nell’Universo primordiale. Ecco quella che fu l’”alba della chimica”, scrivono i ricercatori su Nature

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Sappiamo qualcosa in più su come tutto ha avuto inizio. O quanto meno abbiamo le prove per credere che la storia che fin qui abbiamo immaginato è quella giusta. La storia è quella dell’origine dell’Universo e cerca di spiegare in che modo si è formata tutta la materia di cui siamo fatti e da cui siamo circondati. E oggi, la scoperta nello Spazio della prima molecola dell’Universo, dimostra come tutto abbia avuto inizio. La scoperta, raccontata sulle pagine di Nature, è quella dello ione idruro di elio.

Qualche doveroso passo indietro. Quando tutto ebbe inizio, subito dopo il Big Bang, più di 13 miliardi di anni fa, non esisteva la varietà di materia, come stelle, pianeti e galassie, che possiamo osservare oggi. La maggior parte degli atomi presenti erano atomi di idrogeno ed elio. Furono questi a formare le prime stelle, e furono poi le stelle, attraverso processi come quelli di nucleosintesi, a formare gli elementi più pesanti.

Nella storia chimica del nostro Universo, la combinazione dei primi atomi a formare le prime molecole, contribuì a raffreddarlo e stabilizzarlo. A dargli formasintetizzano dalla Nasa. In questo processo un ruolo fondamentale lo ebbe secondo gli scienziati l’idruro di elio, considerata la molecola primordiale, una sorta di primo mattone nella complessa storia della formazione della materia. Gli atomi di idrogeno, infatti, combinandosi con l’idruro di elio, avrebbero dato vita all’idrogeno molecolare, la molecola dietro la formazione delle prime stelle.

Finora però dimostrare che effettivamente questa molecola, l’idruro di elio, potesse formarsi e trovarsi nello Spazio anche oggi non era chiaro. Anzi, al di là di alcune prove in laboratorio ottenute agli inizi del secolo scorso, in cui gli scienziati avevano forzato l’elio, un elemento nobile e poco reattivo, a combinarsi con uno ione idrogeno, mancavano le evidenze in natura. Le osservazioni astronomiche però avevano indicato la nebulosa planetaria Ngc 7027 come un sito adatto, per condizioni ambientali, in cui potesse formarsi l’idruro di elio. Condizioni simili a quelle dell’Universo primordiale. E lì i ricercatori hanno cercato a lungo prove di questa elusiva presenza.

Prove che sono arrivate oggi grazie a Sofia (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), un Boeing 747SP modificato, che funziona come una sorta di laboratorio volante, a circa 13 km di altitudine. Si tratta di un progetto congiunto della Nasa e dell’Agenzia spaziale tedesca, dotato di un telescopio spaziale. Recentemente a bordo di questo laboratorio volante è stato aggiunto lo spettrometro Great (German Receiver at Terahertz Frequencies), uno strumento che funziona come un ricevitore radio, specifico per l’idruro di elio: scandaglia il cielo alla ricerca di frequenze specifiche della molecola cercata (nella banda degli infrarossi nello specifico). E alla fine Great ha fatto centro, trovando proprio in NGC 7027 quanto i ricercatori andavano cercando da tempo: le prove della presenza di idruro di elio nello Spazio. Là, a 3000 anni luce di distanza, nelle zone dela costellazione del Cigno.

“È stato così entusiasmante essere lì, vedere l’idruro di elio per la prima volta nei dati che abbiamo collezionato”, ha commentato Rolf Guesten del Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, a capo dello studio, “Il lieto fine di una lunga ricerca che elimina i dubbi che avevamo sulla chimica alla base dell’Universo primordiale”.





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Fisica

La prima “foto” di un buco nero: come è stata scattata l’immagine di M87?

Gli scienziati spiegano come è stata ottenuta l’immagine del buco nero al centro della galassia Messier 87. Una scoperta che conferma le teorie di Einstein. Come si è costruito un telescopio “virtuale” grande quanto la Terra

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Un’immagine unica, che lascia scienziati e appassionati del cielo, ma anche il pubblico più generale, senza fiato. Stiamo parlando della prima foto di un buco nero, in assoluto la prima prova visiva diretta di un corpo celeste di questo genere, ottenuta dall’Event horizon telescope consortium (Ehtc). Il corpo osservato è il buco nero supermassiccio M87, al centro della galassia Messier 87. Il buco nero si trova a 55 milioni di anni luce da noi e ha una massa 7 miliardi di volte più alta di quella del sole.

buco nero M87

Le immagini del buco nero M87 nei vari giorni della (foto: Eht collaboration, Paper IV, 2019)

L’immagine lascia senza fiato anche perché oggetti invisibili dalle caratteristiche estreme, come i buchi neri, da cui nulla, nemmeno la radiazione, può uscire, non sono mai stati osservati e ripresi.

Come si cattura l’immagine di un buco nero?

Ma come è stato possibile arrivare a un risultato come questo, unico nella storia della scienza? Intanto bisogna fare una premessa. Ciò che è stato immortalato è l’ombra del buco nero, o meglio l‘orizzonte degli eventi, come viene definito in fisica. Ossia quella regione dello spazio tempo che rappresenta il limite, come uno spartiacque, dentro cui materia e radiazione sono ineluttabilmente inghiottite e nulla può uscire, neanche la luce.

Finora, l’ombra di un buco nero è ciò che si avvicina di più all’immagine del buco nero stesso. E non si era mai ottenuta un’immagine di questo tipo, anche se esistevano già diverse prove dell’esistenza di tali oggetti celesti.

Conferma di Einstein

“La prima ipotesi della presenza di questi oggetti”, spiega Ciriaco Goddi, segretario del consiglio scientifico del consorzio Eht e responsabile scientifico del progetto BlackHoleCam, durante la conferenza a Roma, presso la sede dell’Istituto nazionale di astrofisica, “è contenuta all’interno della teoria relatività generale di Einstein del 1916. Tuttavia, soltanto a partire dagli anni ’60 del secolo scorso si è risvegliato l’interesse verso i buchi neri”. E oggi, prosegue l’esperto, “l’ombra visualizzata del buco nero M87 è in perfetto accordo con la teoria di Einstein”. Insomma, ancora una volta Einstein non sbaglia mai.

L’immagine sembra quella di una ciambella spaziale, dai colori accesi e dai contorni sfumati. “È la foto del secolo”, aggiunge Goddi. “Ciò che si osserva è il plasma incandescente che circonda il buco nero, che grazie alle alte frequenze a cui opera la rete Eht, diventa trasparente ed emette radiazione e rende possibile vedere i confini dell’orizzonte degli eventi”, dice Goddi. Anche se, aggiunge, nella ciambella c’è un’asimmetria, dovuta al fatto che il plasma attraversa l’orizzonte degli eventi e viene inghiottito dal buco nero.

Il telescopio

Oltre a essere attraente, l’immagine è stata ottenuta con la risoluzione angolare più elevata mai raggiunta, prosegue lo scienziato. “Se avessimo dovuto utilizzare un unico telescopio – chiarisce l’esperto – questo avrebbe dovuto essere delle dimensioni di 5 chilometri di diametro, una grandezza impossibile da ottenere per qualsiasi strumento di questo genere”. Così i ricercatori hanno pensato di ricreare un telescopio enorme attraverso una particolare tecnica, chiamata Very-long-base interferometry (Vlbi). Questa tecnica sfrutta la rotazione terrestre e combina i dati ottenuti da tutti i telescopi della rete Eht.

(foto: Eht ESo/L. Calçada. La rete dei telescopi Eht)

In pratica viene misurata la distanza spaziale fra tutti i telescopi della rete mettendo insieme i dati della differenza di tempo del segnale in ingresso in ciascuno di questi. Attraverso questo processo, è un po’ come se si costruisse un unico grande telescopio grande come la Terra, da cui osservare il centro delle galassie.

Infine, perché scegliere un buco nero supermassiccio (come M87 oppure Sagittarius A*, al centro della Via Lattea) e non un buco nero qualsiasi?“Esistono moltissimi buchi neri”, aggiunge Goddi, “che tuttavia sono di piccole dimensioni, cioè pari a poche masse solari. Per questa ragione sono difficili da studiare”.

Mentre in questo caso, entrambi i candidati erano supermassicci, con una massa di circa 4 milioni di volte quella del Sole, nel caso di Sagittarius A*, e di addirittura 7 miliardi quella del sole per M87. Un’operazione molto complessa, che ha richiesto una collaborazione a livello globale, nonché una presa e un’analisi dati eccezionale: qualcosa come 4 milioni di miliardi di byte.

Com’è affacciarsi su un buco nero? Un’animazione ci porta ai confini di M87





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Fisica

Vivere vicino a un buco nero supermassiccio

In linea teorica, intorno ai buchi neri – compresi quelli supermassicci che si trovano al centro della maggior parte delle galassie – potrebbero esistere dei pianeti, e persino dei pianeti che ospitano forme di vita. Sarebbe pericoloso, ovviamente, ma potrebbe anche essere divertente!

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Cortesia NASA/JPL-Caltech

Fin dagli anni novanta sappiamo che ci sono pianeti intorno alle pulsar, oggetti straordinariamente densi nati da violente esplosioni delle stelle. È quindi ragionevole supporre che i pianeti possano esistere anche intorno ai buchi neri: i quali, e questo forse sorprenderà molte persone, in effetti hanno un impatto sull’ambiente molto più debole rispetto alle pulsar.

È anche possibile che su alcuni di questi pianeti si possa formare la vita, dato che sulla Terra gli organismi si sono adattati a condizioni estreme, tra cui calore estremo, freddo gelido, ambienti acidi, altamente salati e persino radioattivi.

Pianeti abitati potrebbero esistere vicino ai buchi neri supermassicci che si trovano al centro della maggior parte delle galassie. La nostra galassia, la Via Lattea, ospita un buco nero la cui massa è pari a quella di quattro milioni di stelle. Conosciuto come Sgr A* (Sgr sta per Sagittarius), la sua orbita circolare stabile più interna (ISCO, Innermost stable circular orbit) ha approssimativamente le dimensioni dell’orbita di Mercurio intorno al nostro Sole.

Allora, come sarebbe la vita su un pianeta del genere?

Prima di affrontare i molti rischi per la salute della vita in prossimità di un buco nero, dovremmo considerare i benefici. Se le civiltà si formano o migrano nelle vicinanze dei buchi neri, cosa potrebbero fare per divertimento e per profitto? Mi vengono in mente le seguenti 10 attività principali:

– Usare il buco nero come fonte di energia pulita scaricando rifiuti attraverso il disco di accumulazione della materia che gli gira intorno. Nel caso di un buco nero che ruoti molto velocemente, sarebbe possibile convertire in radiazione fino al 42 per cento della massa a riposo di questo “cestino della spazzatura”, purché sia situato in corrispondenza dell’orbita circolare stabile più interna.

– Accoppiare qualche dispositivo ingegnerizzato allo spin del buco nero, come un gigantesco volano da cui poter ricavare l’energia di spin.

– Navigare con vele a radiazione su jet relativistici a velocità che si avvicinano a quelle della luce.

– Prolungare la giovinezza visitando saloni di bellezza prossimi all’orizzonte del buco nero, dove il tempo scorre più lentamente a causa del redshift gravitazionale.

– Vedere lo spettacolo dell’intero universo come immagine riflessa e distorta delle lenti gravitazionali intorno al buco nero.

– Installare un parco giochi presso la cosiddetta “sfera fotonica”, dove ci si può divertire con effetti relativistici, come vedersi da dietro guardando dritto in avanti mentre la luce gira intorno al buco nero.

– Sfruttare nuove opportunità per i viaggi spaziali. Per esempio, quando tra miliardi di anni la Via Lattea e la sua galassia sorella Andromeda si fonderanno, i due buchi neri al loro centro si accoppieranno in uno stretto sistema binario, che dovrebbe agire come una fionda gravitazionale ed espellere stelle o pianeti alla velocità della luce. Le agenzie di viaggio possono offrire biglietti per corse eccezionali su pianeti espulsi che attraversano l’intero universo.

– Usare il buco nero come la prigione definitiva, condannando i criminali al confino e alla morte nella singolarità. La massa del buco nero determinerebbe il tempo che rimane da vivere ai prigionieri. Minore è il loro crimine, più massiccio dovrebbe essere il buco nero, permettendo di allungare la vita residua dei criminali una volta attraversate le “pareti della prigione” costituite dall’orizzonte del buco nero.

– Utilizzare per le comunicazioni le onde gravitazionali provenienti da piccoli oggetti in orbita intorno al buco nero. Quei segnali non possono essere bloccati da alcuna forma nota di materia.

– Testare aspetti fondamentali della gravità quantistica attraverso viaggi organizzati di scienziati sperimentali esperti in fisica delle stringhe.

Il pericolo principale per gli astronauti che tentano di eseguire queste attività deriva dalle maree gravitazionali. Come ha notato Albert Einstein nel suo famoso esperimento mentale, a chi si trova all’interno di un ascensore o di una navicella spaziale in caduta libera sembra di non avere alcuna gravità. Ma qualsiasi differenza nell’accelerazione gravitazionale tra la testa e le dita dei piedi, che misura la curvatura dello spazio-tempo, potrebbe strappare il corpo.

Quelle maree imporrebbero una condanna a morte nelle vicinanze di un buco nero di massa stellare, ma non rappresentano una minaccia per il corpo umano nell’ambiente molto più esteso intorno a un buco nero supermassiccio, come Sgr A*.

Un sistema binario dibuchi neri. (Cortesia NASA)

 

Di conseguenza, la densità della materia necessaria per fare un buco nero si scala linearmente con la sua curvatura spaziotemporale. I buchi neri di bassa massa si formano attraverso il collasso del nucleo di una stella massiccia a densità di gran lunga superiori a quelle di un nucleo atomico. Ma per fare un buco nero supermassiccio, che è molto più rarefatto, è sufficiente riempire l’orbita di Giove con acqua liquida.

Per quanto semplice possa sembrare questo progetto di ingegneria, non è affatto pratico, poiché richiede circa 100 milioni di masse solari di acqua. E il calore generato durante il versamento dell’acqua brucerebbe tutti gli impianti associati.

Infatti, il calore liberato dai buchi neri supermassicci costituisce una minaccia esistenziale per le civiltà che risiedono vicino ai centri delle galassie. In un articolo con John Forbes, abbiamo dimostrato che una frazione significativa di tutti i pianeti dell’universo è vulnerabile alla perdita delle loro atmosfere o alla bollitura dei loro oceani per il fatto di essere stati vicini a un nucleo galattico attivo durante la loro vita.

Per la prima volta nella storia dell’umanità, ora abbiamo la tecnologia per raffigurare le sagome dei buchi neri supermassicci al centro della Via Lattea e della galassia ellittica gigante M87 sullo sfondo del gas incandescente alle loro spalle. Le prime immagini di questo tipo dovrebbero essere pubblicate entro la fine dell’anno.

In una conferenza al convegno del 2018 della Black Hole Initiative di Harvard, un centro interdisciplinare dedicato allo studio dei buchi neri, ho suggerito che i futuri progressi nella propulsione spaziale potrebbero permetterci di organizzare una gita verso un buco nero vicino. Questa sarà una grande opportunità per dedicarsi ad alcune delle suddette attività, e forse anche per scambiare informazioni sulla gravità quantistica con un turista di altre civiltà che potrebbe essersi già accampato là fuori.


(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Scientific American” l’11 marzo 2019





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thumb Stefano Vaneggio Olivi
8/13/2017

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