Carnevale della chimica #19: la terra e il suolo

Come annunciato nella chiamata sul sito del Carnevale della chimica, questa è l'edizione #19. Il mese di luglio segue alla trebbiatura delle messi di grano, prendo  ispirazione dalla canzone dei 12 mesi musicata da Guccini sulla poesia di Folgore da San Giminiano:

E con le messi che hai fra le tue mani

ci porti il tuo tesoro

con le tue spighe doni agli uomini il pane

alle femmine l'oro

Con giorni lunghi dai colori chiari

ecco luglio il leone

riposa e bevi e il mondo attorno appare 

come in una visione.

Ebbene,  siamo riusciti a  fare la trebbiatura sabato 14, con un ragazzo di 18 anni a portare la trebbia, ci sono ancora nuove generazioni di agricoltori, e un raccolto di 12 sacchi di grano (qui nel Salento si miete verso il 29 giugno, san Pietro e Paolo).

Rilancio l'annuncio dato agli appassionati dei vari Carnevali, che le edizioni annuali da 12 passano ad 11, e che l'edizione di agosto sarà un'edizione unificata pubblicizzzata su Tuttoscienze, una iniziativa di San Marino Scienza che apre il congresso SETI ai blog scientifici italiani. 

Per questa 19esima edizione, "La chimica del suolo",  sono pervenuti  i contributi di otto bloggers scientifici.

Parlando di suolo, è necessario conoscere le sue proprietà, di cui molte di esse ci parlano di chimica. Le proprietà tampone, la proprietà di chelazione e rilascio degli ioni, le ossidoriduzioni. 

• La capacità di scambio cationico (CSC) è la quantità di cationi scambiabili, espressa in milliequivalenti per 100 grammi (meq/100g), che un materiale dotato di proprietà di adsorbimento può trattenere per scambio ionico. Lo scambio ionico rappresenta uno dei più importanti meccanismi con cui il terreno trattiene e mette a disposizione delle piante e dei microrganismi elementi quali il calcio, il magnesio, il potassio, l'azoto ammoniacale, perciò la CSC è un indice della potenziale fertilità chimica dei terreni.

Suolo agrario:

• Le diverse particelle inorganiche del terreno possono unirsi tra loro grazie all'azione aggregante della componente argillosa e della componente organica. Di conseguenza il suolo agrario si presenta generalmente sotto forma di grumi di particelle legate tra loro. I carbonati di calcio e di magnesio costituiscono nei suoli italiani i minerali più importanti. La quantità di questi due minerali viene espressa in percentuale di carbonato di calcio (CaCO3, anche se in realtà viene considerato il carbonato di magnesio). La sostanza organica è in gran parte costituita dai resti di animali e vegetali, più o meno evoluti e trasformati, presenti nel terreno. Le sostanze di origine organica vengono demolite nel terreno dalla azione della microflora/fauna presente; questo processo porta da un lato alla mineralizzazione (liberazione di elementi semplici assimilabili dalle radici delle piante), dall'altra all'umificazione (formazione di sostanze chimiche complesse denominate humus). L'humus funge da serbatoio di fertilità del suolo, in quanto può, a seconda delle caratteristiche del terreno, rilasciare nel tempo elementi semplici assimilabili dalle piante. 

• L'identificazione chimica dell'humus è indefinita in vari aspetti a causa della complessità ed eterogeneità della sua composizione. Molti autori usano distinguere la sostanza organica del terreno in composti umici e non umici. Questi ultimi hanno una ben definita collocazione sistematica e si identificano in una delle varie classi di composti  (proteine, lipidi, polisaccaridi, lignina, cera, acidi nucleici, ecc.) o di composti organici semplici mono o polifunzionali (zuccheri, acidi carbossilici, alcoli, amminoacidi, polifenoli, ecc.). Ogni tentativo di collocazione sistematica dell'humus è impossibile sia per la composizione chimica indefinita sia per la complessità strutturale; tuttavia presenta delle proprietà fisiche e chimiche costanti che ne rendono possibile una caratterizzazione distinguendolo nettamente dagli altri composti organici.

Da ciò si capisce la grande importanza del compost,  il suo utilizzo in agricoltura, utile per il riequilibrio della materia organica e la formazione di humus e dei composti organici come substrato nutritivo degli organismi del suolo e il ruolo di fertilità del suolo dato dall'assorbimento delle sostanze organiche da parte delle radici delle piante.

• Vi sono alcuni aspetti della composizione chimica del suolo che hanno un ruolo attivo nella dinamica della fertilità chimica del terreno, come il tenore in humus e sostanza organica, la presenza di particelle di calcare e minerali argillosi di dimensioni molto piccole, la presenza di sali solubili provenienti dall'interazione con l'idrosfera (es. sali sodici), ecc.La composizione chimico-mineralogica dipende dalle condizioni che hanno guidato la pedogenesi e, quindi, non solo dalla matrice litologica da cui derivano i minerali. È piuttosto eterogenea nei terreni alluvionali in quanto derivata dal deposito di materiali provenienti da diverse regioni, mentre può essere notevolmente uniforme nei terreni autoctoni, originati cioè dalla disgregazione e alterazione della roccia madre preesistente.

Margherita  Spanedda, del blog Unpodichimica, ci invia tre contributi, tre pezzi che vogliono mettere a fuoco la necessità di salvaguardare il suolo come risorsa non rinnovabile. 

Partiamo quindi  dalle origini, vale a dire dal neolitico ( fino ai giorni nostri!) 
il secondo mette in luce alcuni aspetti critici legati all'agricoltura moderna  
L'ultimo pezzo è didattico e si occupa ( brevemente e semplicemente) di formazione del suolo.

Lo spunto ( e anche lo spuntino, parlando di frutti della terra) è quello di pensare al suolo come centro di un ecosistema di funghi e batteri  attivi  nella biosintesi e trasformazione degli elementi utili nel suolo, e partecipano ai cicli degli elementi principali, azoto, carbonio, fosforo e zolfo.

Franco Rosso, organizzatore e promotore dei Carnevali della  Chimica, sul suo blog Chimicare ci invia il post Dai cicli degli elementi alla ecochimica: quando è il pianeta stesso a vivere.

Per il ciclo dell'azoto,  Annarita Ruberto, sul suo blog Scientificando, ci invia un bel contributo didattico: il ciclo naturale dell'azoto e il suolo, in cui descrive tra gli altri organismi  gli utilissimi rizobi. 

I Rizobium (ogni specie ha una preferenza per una specie leguminosa particolare) sono batteri produttori dei noduli delle leguminose, che promuovono  l'arricchimento di azoto libero e complesso nei terreni. Le piante (pisello d sovescio, trifoglio, Medicago) si lasciano andare a fioritura e il terreno viene rivoltato, con una tempistica di un paio di mesi, ottenendo risultati di arricchimento di azoto di 4-5 volte, da 240 mg/kg e 14 gr/kg di sostanza organica prima della semina, per arrivare a 1050 mg/kg di azoto totale e 17,9 gr/kg di sostanza organica dopo il sovescio.

Parlando dei batteri, il contributo wiki sul ciclo dell'azoto è illuminante:

1. Il 90% della quantità fissata naturalmente è biologica; viene prodotto ammonio a partire all'azoto molecolare. Gli agenti fissatori dell'azoto sono: Azotobacter e Clostridium, batteri liberi nel terreno; rizobi: batteri viventi in simbiosi mutualistica con le radici di leguminose, l'ontano, alcune felci; alghe azzurre.

• Nel terreno: Mineralizzazione dell'azoto
• Ammonificazione
• Un'altra fonte di ammoniaca per il suolo deriva dalla decomposizione dell'azoto organico, come gli amminoacidi presenti nei prodotti di rifiuto e nella sostanza organica in putrefazione. Questo processo è detto ammonificazione ed è attuato da particolari batteri decompositori e funghi che, degradando l'azoto amminico, liberano l'ammoniaca nel terreno, dove può reagire con diversi composti per formare dei sali d'ammonio.
• Nitrificazione
• Le molecole d'ammoniaca (o i sali d'ammonio derivati), che vengono così liberate nel suolo, possono subire un'ossidazione da parte di batteri liberi, con un processo chiamato nitrificazione, in cui si distinguono i batteri nitrificatori, che trasformano l'ammoniaca in nitriti (NO₂-), ed i batteri nitratatori, che, a loro volta, ossidano i nitriti e contribuiscono alla produzione dei nitrati (NO₃-). L’azoto presente nelle acque sotto varie forme può provocare fenomeni di eutrofizzazione e di anossia dei corpi idrici recettori e tossicità alla vita acquatica. Per l’abbattimento dell’azoto dalle acque di scarico sono disponibili sistemi: - biologici; - chimico-fisici.
• Denitrificazione
• La denitrificazione consiste nella riduzione dei nitrati ad azoto molecolare che ritorna in atmosfera chiudendo il ciclo dell'azoto. Questo processo è realizzato da batteri dei generi Pseudomonas e Clostridium in condizioni anaerobiche. La denitrificazione è una forma di respirazione anaerobica che usa il nitrato come accettore di elettroni in assenza di ossigeno. I batteri denitrificanti sono anaerobi facoltativi dal momento che possono vivere anche in presenza di ossigeno.

Per inciso, gli appassionati di microbiologia non avranno bisogno di chiedersi come facciano i batteri a produrre una serie così diversa di reazioni chimiche! Infatti, ogni tipo di reazione si basa su una serie di accettori di elettroni (electron carriers), citocromo ossidasi, ossidoreduttasi, con gruppi prostetici eme, altri centri catalitici contenenti ferro-zolfo, molto simili nel funzionamento alla catena respiratoria mitocondriale degli eucarioti superiori. Batteri come Ralstonia eutropha e Alcaligenes latus si adattano a un ampio spettro di condizioni ambientali, sono autotrofi, ossia sintetizzano tutti gli elementi necessari per la loro crescita; possono produrre idrogeno gassoso, e altri composti quando un elemento chimico in quantità scarsa sia un fattore limitante. (invece gli organismi che non sono autosufficienti per un elemento chimico o sostanza   organica, o  vitamine, sono detti eterotrofi).

Paolo Pascucci, ben noto ai frequentatori di questo e altri carnevali, ci omaggia di ben tre contributi.

Il suolo, orizzonti e formazione, Tre  animazioni del Carleton College in cui si analizzano tre importanti fattori: gli orizzonti del suolo, la biodinamica del suolo e lo sviluppo del suolo nel tempo.

Il secondo è: i lombrici, un'infografica. 

il terzo è definito un post fuori tema, fornito a chi stanco di leggere vorrebbe tirarsi un pò su, con gli energy drinks.

Segue il post scritto dall'associato a Chimicare Salvatore Caiazzo, da Caserta, microbiologo appassionato di divulgazione scientifica fino alla biochimica vegetale, dal titolo La chimica delle piante- le piante e il sale.

Gabriele Giordano, un giovane affezionato spesso presente alle varie edizioni dei Carnevali non solo per la Chimica, grande appassionato di scienze e promotore della curiosità, ci invia un post sulle piante e sulle esigenze degli elementi essenziali, nelle varie specie vegetali, a seconda della natura dei vari terreni.

Mattia Colombo, del blog "Io penso che", con il suo post I fertilizzati, invece ci introduce alla produzione industriale dei fertilizzanti, che ha accompagnato lo sviluppo economico  e lo sfruttamento del  suolo per le grandi produzioni agricole.

Leonardo Petrillo, del blog Scienzaemusica, ha inviato un contributo chimico-biochimico, sulla percezione della capsaicina, la chimica della sensazione di bruciore sulla lingua, pepe e peperoncino, e la scala della piccantezza.  

settimana della cultura a Veglie e sagre salentine

A luglio sono numerose le occasioni di incontro e svago, approfittando delle numerose sagre e della cucina tipica salentina, ma  oltre a queste serate scontate ci sono alcune iniziative culturali meritevoli di attenzione.
Il convento dei francescani a Veglie, zona cimitero, include la cripta della Favana affrescata, ed una sede ben restaurata con spazi ricavati nella cappella e un chiostro accogliente (ricordo nel 2011 la serata della musica ed il cinema con il maestro trombettista Salza, dell'orchestra di Ennio Moricone). 
Ecco le serate "clou" di luglio:

JAZZ in VEGLIE 2012”   "Jazz Ciak Gulp”
7 luglio 
ore 20.30

- MAURO TRE TRIO
- MARCO BARDOSCIA " THE DREAMER" 4TET Guest H.E.M.


8 Luglio

ore 20.30

- SALVATORE CASALUCE -Salento-Cinema Ensemble- Immagini Musicali

- ANDREA FAVATANO 4 TET con Fabrizio Scarafile

12 Luglio RAPPRESENTAZIONE TEATRALE
ore 20.30
La scuola di teatro Proloco Veglie in collaborazione con la compagnia teatrale Calandra presentano:

“Novecento” di A. Baricco


13 Luglio  INTERVISTA DOPPIA
ore 20.30

Dialogando con Sergio Blasi e Alfredo Mantovano

14 Luglio  RAPPRESENTAZIONE TEATRALE
ore 20.30

La compagnia teatrale Calandra presenta:

“Il mistero dell’assassino misterioso” di Lillo e Greg

15 Luglio RICORDANDO FALCONE E BORSELLINO
ore 20.30
Témenos Recinti Teatrali presenta:

"Noi e loro" dialogo minimo tra Falcone e Borsellino

• Mentre per la terza domenica di luglio è attesa la Festa della Madonna del Pane a Novoli, in cui si celebra un miracolo del 1600 confezionando panini benedetti distribuiti alla vigilia,   da sabato 14 a lunedì 16 luglio, nel comune di Novoli avrà luogo, nell’ambito dei festeggiamenti in onore della Madonna del Pane, l’evento “Il Forno in Piazza”. Una ricca manifestazione che ha in programma un convegno/tavola rotonda sul grano “Senatore Cappelli”, delle prove dimostrative della produzione dal vivo dell’intero ciclo di trasformazione del grano e della produzione del pane e dell’olio, con l’installazione in piazza di un molino e di un frantoio mobile, l’esposizione e degustazione sia di prodotti da forno (pane, pizza, puccia…) preparati al momento che di altri prodotti tipici a km zero.

• Nel resto della provincia di Lecce le serate a tema culinario si sovrappongono a ritmo incalzante.Si parte da “lu ranu” (il grano) e l’insalata Grika, due elementi chiave della dieta mediterranea italiana che saranno protagonisti in questo fine settimana (6, 7 e 8 luglio) rispettivamente a Merine e a Martignano (nel Salento), 
• Nel primo caso, la piccola frazione di Merine ospiterà la 20esima edizione di una splendida kermesse che offrirà ai visitatori la possibilità di degustare e apprezzare alcuni dei piatti più antichi e tradizionali di questa terra, tra cui la pasta casereccia fatta in casa, lu “ranu stumpatu”, (si pesta il grano, lasciato in ammollo nell'acqua, con una macina di pietra, e si fa un impasto con formaggio, uovo, ecc... e si inforna nel forno a legna);  le “fave nette e cecore reste”, le “frise ncapunate”.   
•  i riflettori a Martignano sono puntati sugli elementi basi che concorrono alla famosa insalata grika, ossia i pomodori da insalata, le “minunceddhe” (cetrioli locali, il carosello), i peperoni, le cipolle bianche, il peperoncino piccante, la rucola selvatica, le olive nere alla “capasa”, i capperi, l’origano ed il cacio ricotta, il tutto condito con olio  e.v.o.

•  In questo fine settimana avrà luogo sabato 7 luglio nella cornice del Castello Aragonese di Castro il convegno “Tesori del Mediterraneo” incentrato sull’incontro a tavola tra il grano “Senatore Cappelli” e le olive autoctone del Salento “Cellina di Nardò” e “Ogliarola salentina”. Relatore ospite dell’incontro è Giorgio Mori, capo panel ed esperto della tecnologia in olivicoltura. 
• Infine, dal 19 al 21 luglio la città bella di Gallipoli ospiterà la 3° edizione di “Strade Golose” , gustosissima vetrina del buon cibo, del bere bene e delle produzioni locali enogastronomiche ed agroalimentari locali.  Questa edizione 2012 è arricchita inoltre dai laboratori di cucina sotto le stelle e concorsi culinari, da seminari tematici e tavole rotonde con esperti e giornalisti di settore, da educational tour e navigazioni marine golose, il tutto per scoprire il territorio, il mare e tutte le sue infinite bellezze.  
• Alcuni riferimenti utili:
• Sagra te lu Ranu: www.sagrateluranu.eu
• Sagra dell’Insalata Grika: www.facebook.com/events/315895335166450
• Tesori del Mediterraneo: centrostudiagronomi.blogspot.it/2012/07/tavola-rotonda-di-castro-sabato-7.html
• Il Forno in Piazza: www.comune.novoli.le.it
• Strade Golose: www.stradegolose.it

Miltos Sachturis

Uno dei temi ricorrenti e tags di alcuni posts in questo blog è "cibo in poesia".
Miltos Sachturis, Atene, classe 1919,  attraversa il surrealismo e la poesia del secondo novecento. La Grecia come archetipo, Grecia come esempio, prototipo di questa Europa dilaniata.


Il pane

Una grande pagnotta, un enorme filone

di pane

caldo era caduto sulla strada dal cielo
un bambino in pantaloncini verdi lo

tagliava

con il coltello e lo distribuiva in giro
ma anche una bambina, un piccolo angelo bianco

tagliava

anche lei con il coltello e distribuiva
pezzetti di autentico cielo
e tutti  ora correvano da lei, pochi andavano a cercare

il pane,
tutti correvano dal piccolo angelo che distribuiva il

cielo

Diciamo la verità
abbiamo sete di cielo!

: Quando vi parlo, Collana "Poesia europea vivente", 1994;
traduzione Paola Maria Minucci, da: Poesia  n. 68, 12/1993.

Le lettere

Non scriverò più poesie
il tuo anello d'oro lo hai gettato

 in mare

sulla riva con il cranio morto
e tutte le navi affondate sono venute

 a galla

e il capitano vivo
 e i nostromi che sorridono
l'ho detto non scriverò più poesie

e alla finestra della mia casa avita
mio padre e mia madre
 agitano i fazzoletti e salutano
le mie poesie però non le hanno potute

leggere

si sono dimenticati come si legge
il kappa lo dicono alfa e il delta epsilon

e tu mi hai mentito
in questo luogo dal rosso cranio ridente
mi hai ingannato
e allora anch'io ti ingannai
e voi mi avete creduto

maledizione delle sette ombre

scriverò sempre poesie

libri verdi nel mio scaffale

Questo post vuol essere un contributo all'edizione di giugno del Carnevale dei libri di scienza, ospitato da Patrizia Martellini sul suo blog Evolve or die, dal tema "le piante".

I primi due libri che introduco sono due manuali per conoscere le piante,  Franco Muzzio editore, il primo mi ha aiutato nel colmare la mia ignoranza e a distinguere gli alberi

 "Che albero è questo?" di Dietmar e Renate Aichele, Heiz-Werner e Annelise Schwegler, 

 il secondo è "Che fiore è questo?"  sempre di  Dietmar Aichele, con Marianne Golte Bechte e Golte Spohn.  

proseguo con:

Elogio del pomodoro

Pietro Citati, Mondadori.

la nostalgia dei pomodori che mangiavamo da bambini, durante le lunghe estati. Il pomodoro era il frutto supremo di quelle vacanze, colto sulle pianta, nell’orto.

Naturale inclinazione. Divagazioni coerenti di un paesaggista ribelle.

Ippolito Pizzetti (curatore per anni di una pagina verde sull'Espresso). Editore: Encyclomedia Publishers

Libereso, il giardiniere di Calvino. Da un incontro di Libereso Guglielmi con Ippolito Pizzetti

Ippolito Pizzetti ,  Libereso Guglielmi

Editore: GEM Edizioni

• Libereso infatti ha avuto due vite. Una immaginaria, come personaggio nel racconto di Italo Calvino Un pomeriggio, Adamo, scritto all'epoca in cui era giardiniere del professor Mario Calvino, padre dello scrittore. L'altra reale, vissuta intensamente come chi rinasce ogni giorno su questa terra che egli considera l'unico paradiso, e durante la quale è diventato un giardiniere noto in Italia e all'estero. La storia di Libereso, espressione di uno spirito vitale e libero, a stento si lascia imbrigliare in una narrazione: come una pianta in perenne primavera "getta" e intreccia sempre nuovi ricordi da cui spuntano, a ogni pagina, curiose e talora affascinanti rivelazioni.... Ma sono soprattutto le idee di Libereso sugli uomini e sulla natura… a lasciare un senso di profonda simpatia e ammirazione ...

Il giardino dei frutti perduti. Disegni e descrizioni dei fratelli Roda

Elena Accati ,  Agnese Fornaris

L'Artistica Editrice

• L'opera raccoglie la preziosa e inedita Pomologia dei fratelli Giuseppe e Marcellino Roda, maestri giardinieri e progettisti di parchi e residenze reali, formatisi alla corte di Carlo Alberto. Le meravigliose tavole di questo volume permettono di cogliere, grazie alla vivezza delle forme, colori e particolari la bellezza di circa 170 frutti, molti dei quali scomparsi

In giardino non si è mai soli. Diario di un giardiniere curioso

Paolo Pejrone

Editore: Feltrinelli (i Tulipaneers, gli alberi tulipano, i giardini segreti d'Italia e d'europa...., piante favolose...)

• Architetto dei giardini, collaboratore di giornali e riviste d'opinione e specialistiche, vicepresidente per l'Italia della International Dendrology Society, Pejrone dedica questo libro all'amore, la disciplina, 'arte di badare a orti e giardini, all'arte di capire le piante. Offre molti esempi del "ben fare" ma anche numerosi esempi del "mal fare"

Cronache da un giardino. Le piante e le loro stagioni. 
Paolo Peyrone.  Mondadori electa.

• Pejrone racconta l'esperienza quotidiana vissuta nel proprio giardino di Revello, nel Saluzzese, ai piedi del Monviso, luogo privato e giardino segreto dove negli anni ha sperimentato soluzioni e composizioni poi riusate nei lavori commissionati. La prima parte del libro ne riporta l'evoluzione e, corredata di foto private, traccia una linea evolutiva del luogo, mettendo a volte a confronto l'attuale stato con il passato. A questa ricca parte testuale ne segue una prettamente fotografica... 

Le stagioni del maestro giardiniere. 182 suggerimenti d'autore per coltivare giardino, orto, balcone e piante di casa con competenza e intima soddisfazione

Carlo Pagani ,  Mimma Pallavicini

e

30 segreti del giardiniere

Carlo Pagani ,  Mimma Pallavicini

 Editore Vallardi.

e infine,

Come creare raffinati giardini giapponesi

Gianluigi Enny, Editore: Il Castello  

Questo l'ho aggiunto ispirato  dalla gestione di pietre, sabbia, bambù, muschio e l'acqua.

L'acqua che salta il dislivello tra conche e le rocce sul fondale, dislivelli grandi o appena percettibili rendendo il senso del flusso e del tempo che scorre. Cosa fa riempire la conca? L'intervento dell'uomo. La tecnica dietro l'impressione naturale. La natura riceve e scambia con l'uomo, generando un nuovo habitat, un ecosistema umanizzato.

il tempo, la chimica e i pacemakers

E' uscito sul numero di maggio de The Scientist un'interessante articolo sul metabolismo, il ritmo circadiano  e l'ossidazione della perossiredoxina, una proteina presente dai batteri alle piante al mondo animale, e componente autonomo del complesso sistema che tiene il tempo, e fa da "pace-maker"   annotando il ciclo o ritmo circadiano della vita cellulare.

In pratica, alcuni amminoacidi contenenti residui sulfidrilici, (metionina, cisteina) hanno la tendenza a reagire con l'anione superossido, ed ossidarsi nell'arco delle 24 ore. E' noto che i gruppi -SH sono soggetti a ossidazione, e vengono modificati in presenza di ossido nitrico, dando vita a ossidazioni reversibili, regolate da  sistemi redox, come il glutatione, tripeptide che assimila su di sè  i gruppi idrossile e da  enzimi riducenti (e cofattori vitamine).   

• L'anno scorso, Akhilesh Reddy e colleghi dell'Università di Cambridge nel Regno Unito hanno dimostrato che almeno un componente della macchina dell'orologio circadiano non è coinvolto nella trascrizione di geni periodici- ma si tratta di una famiglia di proteine antiossidanti,  perossiredoxine, spugne capaci di assorbire il perossido di idrogeno in eccesso nelle cellule in 24 ore di ossido-riduzione dei cicli legati al metabolismo.  Il team di Reddy ha scoperto che queste proteine, che si trovano in ogni organismo, presentano oscillazioni durante i cicli circadiani, nell'uomo, nel topo e nelle alghe marine. "Per dimostrare che  gli organismi eucarioti avevano questi ritmi,  abbiamo deciso di approfondire lo studio nei  batteri ed archeobatteri", ha detto Reddy. Nello studio più recente, il suo team ha esaminato i ritmi di ossidazione perossiredoxina in Synechococcus elongatus, una  cianobatterio di acqua dolce, e Halobacterium salinarum , un archeobatterio marino aerobico. Ogni organismo è stato mantenuto a luce e temperatura costante per 48 a 72 ore, durante i quali i ricercatori hanno prelevato campioni periodicamente per vedere se le peroxiredoxine erano ossidate o no. In entrambe le specie, le proteine ​​hanno mostrato robuste oscillazioni di ossidazione che seguivano una ciclo di 24 ore.
  

  Il team ha inoltre esaminato il legame tra i meccanismi di clock precedentemente identificati e la perossiredoxina: quando i geni orologio sono mutati, in Drosophila ed  Arabidopsis, i cicli redox della perossiredoxina continuano senza interruzioni. Ciò suggerisce che entrambi i componenti tradizionali (ciclo circadiano regolato da fattori di trascrizione-traduzione in proteine, nei nuclei soprachiasamtici nell’ipotalamo) e la  perossiredoxina lavorano indipendentemente per generare i ritmi circadiani di un organismo.

Per quanto riguarda l'orologio biologico o ritmo circadiano, si tratta di una sequenza ordinata di attività : un complesso proteico sequenstrato nel citoplasma, la liberazione di un inibitore,  

I fattori di trascrizione Cyc (cycle) detto anche Bmal, e  Clock, dimerizzano e sono trasportati nel nucleo, si legano al DNA in regioni specifiche e fanno produrre proteine che variano circadianamente: Per, acronimo di period, e i criptocromi (Cry) chiamati anche Timeless.

Nell'uomo il segnapasso o pace maker è nell'ipotalamo, è formato da fattori di trascrizione che hanno una vita inferiore alle 24 ore e sono trasportati ciclicamente dal citoplasma al nucleo, 

Schema del ritmo circadiano nelle piante (transcriptional feedback loop in Arabidopsis.

LHY and CCA1 negative elements,  repression against TOC1 in the morning 

 TOC1 a positive element because it results in increased transcription of LHY and CCA1 during the evening because of its accumulation)

Nelle piante, i criptocromi sono importanti per la produzione giornaliera di fotorecettori

• Facella et al., Gibberellin and auxin influence the diurnal transcription pattern of photoreceptor genes via CRY1a in tomato.  PLoS One. 2012;7(1):e30121)

Questo meccanismo conferma quanto è saputo ed avviene anche negli animali.

In particolare riguardo ai criptocromi, nei pesci adattati all'oscurità (cavefish, Phreatichthys andruzzii), si è persa la risposta alla luce visibile, ed i recettori  delle opsine,   TMT-opsin e Melanopsin servono da fotorecettori del tessuto periferico leganti  il cromoforo retinale, in lunghezze d'onda del non-visibile.

Invece, è assente un  segnapasso  in sintonia con le variazioni di temperatura.
Allora quali sono i meccanismi che segnano il  tempo nei pesci ciechi? 

 - un orologio funzionale basato sui cicli di feeding e non sull'alternanza giorno-notte

-  Rest activity cycling, RA

• Cavallari et al.  A Blind Circadian Clock in Cavefish Reveals that Opsins Mediate Peripheral Clock Photoreception. PLoS Biol 9(9): e1001142.

Per concludere, si può agire sul metabolismo cellulare, regolante l'ossidazione delle perossiredoxine,  perchè l'abbassamento del metabolismo influenza il ritmo veglia sonno durante l'ibernazione,  che si può imitare per controllare  lo scorrere del tempo biologico.

Due branche della scienza interessate sono:

- la medicina dei trapianti d'organo, mediante peptidi che inducono l'ibernazione, 
- e la scienza e tecnologia dei viaggi spaziali 

• Körtner G, Geiser F. The temporal organization of daily torpor and hibernation: circadian and circannual rhythms. Chronobiol Int. 2000 Mar;17(2):103-28.
• Revel et al. The circadian clock stops ticking during deep hibernation in the European hamster. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007  104:13816-20.  "melatonin, rhythm-generating enzyme, whose rhythmic expression in the pineal gland is controlled by the master circadian clock, no longer exhibits day/night changes of expression but constantly elevated mRNA levels over 24 h"

Questo post vuol essere un contributo all'edizione di giugno, N. 18, del Carnevale della Chimica, ospitato sul blog di Emanuela Zerbinatti "Arte e salute", dedicata alla "chimica del cambiamento nel tempo".

Kmin - Carum carvi

Il cumino è un frutto secco, chiamato erroneamente seme, prodotto da una pianta  della famiglia delle Apiaceae, (Umbelliferae), a forma di ombrello, molto usato in cucina nel  Medio Oriente Asiatico e in India. Lo si aggiunge nei curry, e nel cuscus. L'aroma è secco, aspro.
 In Europa si usa un seme simile, Carum carvi, o caraway, dall'aroma intenso, che si usa per condire carni soprattutto di maiale, e il pane (di segale, nero, ma anche di frumento, e soprattutto i panini salati, da colazione, chiamati in Ceco housky). Nei ristoranti tedeschi lo servono come antipasto sull'Hand-cheese (kase), 
un formaggio quasi trasparente, condito con cipollina e carvi (hand-kase with music)..

 

Spice pages

La differenza è ben spiegata su questo sito
Vedete anche questo sito di foto

Ma se andate a comprare il carvi, o anche il cumino, in un negozio non tedesco (mitteleuropeo) o di Trieste, vi daranno sicuramente l'altro, quando chiedete il carvi con il nome scientifico, vi daranno il cumino indiano, se chiedete il cumino, inteso alla tedesca (Kummel, kimmel) vi daranno quello che nominate, di nuovo il cumino indiano.

Attenzione, basta chiedere di odorarlo, e ve ne accorgerete subito, evitando un acquisto improprio.

Di questi semi del carvi se ne usano due varietà, una dall'aroma più secco serve per condire i crauti, quello più dolce a preparare carni arrostite e nel gulash. Si usano sia i semi secchi che macinati (che si amalgano meglio nell'impasto del pane e nel polpettone, che in superficie viene ricoperto di una manciata di frutti secchi.

E' una pianta biennale, nel senso che non produce i frutti il primo anno, ma sverna e va in fioritura. Noi siamo riusciti a resistere alla tentazione di tirarlo via, e adesso abbiamo messo via un buon raccolto 2012.

Mole rat: eterocefalo glabro superstar

Nel numero di giugno di TheScientist si parla dell'eterocefalo glabro, la talpa senza pelo, un animale sociale che vive in colonia in gallerie sotterranee in Africa. Ne avevo parlato in due post precedenti, per la sua resistenza ai tumori, la sua longevità, per la sua abilità ed intelligenza ad afferrare e usare oggetti per proteggersi dalla terra durante lo scavo, e per il suo genoma da poco sequenziato.

Fonte

In questo nuovo articolo, si descrive come questi animali riescano a resistere in condizioni di ipossia, quelle che ci colpiscono durante un infarto o una modificazione del circolo sanguigno cerebrale, anche 3 volte di più degli altri mammiferi. Dop o15 minuti di ipossia la talpa senza pelo non soffre di danno cerebrale, questo grazie alla presenza di canali del calcio molto selettivi, che si aprono lentamente e lasciano fluire ioni calcio gradualmente. Questi canali del calcio di tipo infantile sono presenti anche nei neonati, che sono più tollernati all'ipossia, ma vengono sostituiti durante l'infanzia da quelli di tipo adulto, più rapidi, ed il flusso di calcio risulta tossico alle cellule nervose.

L'articolo presenta la prospettiva di applicare terapie anti-infarto basate sull' induzione dell'espressione di canali del calcio di tipo neonatale:

• If a drug is designed to quickly upregulate production of infant-style channels in the brains of heart attack and stroke victims, it could provide valuable protection during a time when a steady supply of oxygen-rich blood is not reaching the brain.

Un'altra possibilità è di applicare farmaci che rallentino l'attività dei canali del calcio di tipo adulto.

Un altro aspetto meglio noto è il meccanismo alla base della resistenza ai tumori ed alle radiazioni.
In un articolo del 2013, su Nature, viene presentato un meccanismo, uno dei vari, probablimente non l'unico, che consiste nella capacità di produrre acido ialuronico ad alto peso moelcolare:
ialuronani ad alto peso molecolare e suoi recettori ad elevata affinità, sarebbero alla base di una inibizione da contatto ottimale, un controllo intercellulare, alla base della assenza di sviluppo di tumori. Una volta modificati questi polimeri o introdotto un enzima che li degrada, i tumori si sviluppano.
http://www.nature.com/nature/journal/v499/n7458/full/nature12234.html
Tian et al. High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat. Nature 2013, 499, 346-349. doi:10.1038/nature12234

Nella talpa senza pelo, le cellule trasformate entrano in uno stato di quiescenza, bloccano la divisione cellulare, ed eventualmente sono indotte alla morte cellulare programmata e riassorbite per autofagia.

• Moreover, subjecting mole-rats to ionizing radiation does not induce much DNA damage, as seen in other animals, nor does it result in tumors, even 5 years later. Attempts to turn naked mole-rat cells cancerous via injection of oncogenes have also failed, whereas similar methods using human, mouse, and even cattle cells results in conversion to highly aggressive and invasive cancer-forming cells. Instead of starting to proliferate in an uncontrolled manner, transformed naked mole-rat cells immediately stop dividing, though they do not die.  Several different labs have now shown that naked mole-rat cells grow to even higher densities than do mouse cells under optimal conditions, and do not avoid cellular contact under these circumstances. Rather, it has become clear that naked mole-rat tissues are better able to recognize abnormal cells, neutralize their tumorigenic properties, and repair their DNA.

Meccanismi antitumorali
la proteina antimitotica p16 è asintetizzata dal locus INK4, che nell'uomo produce due proteine chiamate secondo il loro gene p16 e p15. Ora, è stata identificata una proteina che origina da entrambi i due geni, e che nell'eterocefalo glabro svolge un ruolo attivo di inibizione della crescita tumorale.

• Scientists have identified a new protein formed by the fusion of two other proteins, which protects the rodent from cancer. The protein appears to increase when cells become crowded together, making mole rats more likely to arrest the growth of cells if they are at risk of becoming malignant. 
• Although humans lack the hybrid protein, it is produced from a cluster of genes also found in humans that makes proteins responsible for preventing damaged cells that might cause cancer from multiplying. Tests show that the protein can prevent human cells from turning cancerous.
• referred to as INK4 gene locus—synthesize the same three cancer-suppressing proteins in both species: p15^INK4b, p16^INK4a, and ARF, all of which stop cells from dividing when the cells are stressed or mutated. A student-researcher, Jorge Azpurua, wanted to clone the p16 protein of the naked mole rat for a separate experiment and noticed something unexpected: The presence of a fourth protein, which was the result of p15^INK4b and p16^INK4a being fused together.

Longevità

La talpa senza pelo vive in media 26-28 anni, con punte fino a 32 anni.  Non mostra segni di invecchiamento lento, che invece sopraggiunge rapidamente. Ad un'età corrispondente a quella umana di 92 anni, non mostrano metabolismo rallentato, artrosi, riduzione della massa muscolare. Hanno un controllo  della qualità e della degradazione delle proteine alterate molto sviluppato. Invece, sono sensibili allo stress ossidativo come tutti gli animali, anche in giovane età. Però applicano questo meccanismo del controllo delle proteine e del riparo del DNA danneggiato. E' sfatato invece che i telomeri e l'attività telomerasica differiscano, anzi questa è più bassa che in altre specie.

•  These clear indications of both attenuated and delayed physiological aging are also accompanied by the maintenance of protein quality and gene expression levels.
• Some of the oldest naked mole-rats (>26 years; equivalent to humans >105 years old) do begin to show signs of muscle loss, osteoarthritis, and cardiac dysfunction, demonstrating that mole-rats do, eventually, age like other animals. These findings of sustained good health are surprising given that the naked mole-rat is an exception to many of the current theories of why we age.
• The oxidative stress theory of aging attributes the gradual decline in function to damage caused by the free radicals or reactive oxygen species formed as an inevitable by-product of oxygen respiration. In much the same way that oxygen causes metal to rust when exposed to the elements, cell membranes, proteins, and DNA are damaged by the gas, and this accumulating damage, so goes the theory, causes physiological systems to malfunction. Naked mole-rats in captivity, however, show very high levels of oxidative damage at an early age, yet cellular function is not impaired, and the animals are able to tolerate these high levels of oxidative damage for more than 20 years.
• Another aging theory posits that the length of an organism’s telomeres, the repetitive DNA that caps the ends of chromosomes, is a biomarker of aging and will correlate with species’ life span. But compared to the much shorter-lived laboratory mouse, the naked mole-rat has relatively short telomeres—similar in length to those of humans, in fact. Alternatively, cellular levels of telomerase, a reverse transcriptase enzyme that extends telomeres, may correlate with species longevity. But while telomerase activity has been measured in mole-rat skin cells in culture, it is generally very low, and is limited to those tissues that are actively replicating, such as testes, spleen, and skin. Thus, telomere length or maintenance is unlikely to explain the exceptional longevity of the naked mole-rat.

• References

1. J. Larson, T.J. Park, “Extreme hypoxia tolerance of naked mole-rat brain,” NeuroReport, 20:1634-37, 2009. ↩
2. B.L. Peterson et al., “Adult naked mole-rat brain retains the NMDA receptor subunit GluN2D associated with hypoxia tolerance in neonatal mammals,” Neurosci Lett, 506:342-45, 2012. ↩
3. B.L. Peterson et al., “Blunted neuronal calcium response to hypoxia in naked mole-rat hippocampus,” PLoS One, 7:e31568, 2012. ↩
4. T.J. Park et al., “Selective inflammatory pain insensitivity in the African naked mole-rat (Heterocephalus glaber),” PLoS Biol, 6:e13, 2008. ↩
5. E.S. Smith et al., “The molecular basis of acid insensitivity in the African naked mole-rat,” Science, 334:1557-60, 2011. ↩
6. S. Liang et al., “Resistance to experimental tumorigenesis in cells of a long-lived mammal, the naked mole-rat (Heterocephalus glaber),” Aging Cell, 9:626-35, 2010. ↩
7. K.N. Lewis et al., “Stress resistance in the naked mole-rat: the bare essentials,” Gerontology, in press, doi:10.1159/000335966, 2012. ↩
8. E.B. Kim et al., “Genome sequencing reveals insights into physiology and longevity of the naked mole rat,” Nature, 479:223-27, 2011. ↩
9. K.A. Rodriguez et al., “Altered composition of liver proteasome assemblies contributes to enhanced proteasome activity in the exceptionally long-lived naked mole-rat,” PLoS ONE, 7:e35890, 2012. ↩
10. R. Buffenstein, “Negligible senescence in the longest living rodent, the naked mole-rat: insights from a successfully aging species,” J Comp Physiol B, 178:439-45, 2008.