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Perché lo stomaco brontola?

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Oggi voglio dedicarmi ad un post un po’ più agile rispetto agli ultimi, giusto per portare un po’ di leggerezza sul blog.

Abbandoniamo quindi le speculazioni sulla natura delle mente umana ed immergiamoci nella meravigliosa fisiologia del nostro corpo analizzando un fenomeno che, prima o poi, ha imbarazzato ciascuno di noi.

Pur essendo poco elegante produrre rumori in pubblico, il brontolio dello stomaco e dell’intestino tenue è un fenomeno assolutamente normale e una mancanza di tali rumori potrebbe indicare un’ostruzione intestinale o altre patologie (ma d’altro canto eccessivi brontolii potrebbero essere comunque indicativi di una particolare condizione patologica).

Ma cosa determina il rumore? E perché lo si sente soprattutto quando si ha fame?

Prima di tutto bisogna capire come lavora il nostro sistema digerente. L’apparato digestivo, in sostanza, consiste in un lungo tubo (circa 9 metri in totale) continuo che inizia con la bocca e finisce con l’apertura anale.

Per dirla con David Foster Wallace “Baciare una persona significa in fondo succhiare un lungo tubo l’altra estremità del quale è piena di escrementi”

Si… forse non la citazione più fortunata di Wallace… e sicuramente da non usare in un contesto romantico…

In ogni caso, il nostro tubo digerente deve trasportare ciò che ingeriamo per quasi 10 metri e per farlo si avvale di onde di contrazione muscolare chiamate peristalsi che spingono il cibo sfruttando lo stesso principio grazie al quale un lombrico si sposta sul terreno. Nel video sottostante potete vedere un robot sviluppato dai laboratori del MIT che si muove utilizzando un movimento peristaltico.

Il brontolio dell’intestino, che tecnicamente si chiama borborigmo, risulta proprio da questi movimenti. Se l’intestino è pieno i suoni saranno più ovattati e udibili solo tramite uno stetoscopio, se l’intestino è vuoto bolle d’aria e liquidi amplificheranno tutti i vari rumori che saranno così percepibili anche da chi ci sta vicino.

La digestione incompleta dei cibi può creare eccessi di gas nell’intestino così come la stessa aria che ingeriamo mentre parliamo. Entrambi questi fenomeni possono contribuire a rendere il brontolio ancora più rumoroso.

Schema del sistema digerente umano. Fonte: Wikipedia

L’appetito, poi, gioca un ruolo fondamentale nella genesi dei borbottii. Un paio d’ore dopo essersi svuotato, infatti, lo stomaco manda segnali al cervello per segnalare che le scorte di cibo stanno finendo. Il cervello riceve l’informazione e in risposta stimola la peristalsi che svuota ancora una volta lo stomaco recuperando il cibo residuo rimasto dopo la prima digestione.

Le pareti dello stomaco definitivamente svuotato vibrano stimolando la fame e producendo in questo modo altri piacevoli rumori che vanno a sommarsi alla forte peristalsi stimolata dal cervello affamato.

Non ho cercato riscontri in merito ma, speculando tra me e me, viene da pensare che il brontolio dello stomaco possa avere anche una funzione sociale definita. Del resto comunica uno stato di bisogno ai propri simili i quali potrebbero empaticamente reagire invitandoci a cena.

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Può esistere vita senza Sole?

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Fin da piccoli ci viene insegnato che all’origine della Vita sulla Terra c’è il Sole con la sua luce: la luce solare è la fonte di energia utilizzata dagli organismi come le piante per produrre, attraverso la fotosintesi, le molecole organiche (soprattutto carboidrati) necessarie al proprio sostentamento.

Altri organismi, come gli animali (noi compresi), non sono in grado di sintetizzare le molecole organiche necessarie in modo autonomo e sono costretti a ricavarle mangiando le piante che le producono oppure altri animali.

Nonostante il nostro metabolismo non dipenda direttamente dalla fotosintesi, quindi, non può comunque farne a meno in quanto la produzione di molecole organiche da parte delle piante è alla base della nostra rete alimentare (sia mangiando insalata sia mangiando una mucca che ha mangiato erba, per dirla in parole povere). La nostra esistenza e i nostri metabolismi sono indirettamente ma necessariamente collegati alla luce solare (vi sono collegati anche direttamente per svariati altri motivi quali la temperatura ambientale, il ciclo giorno/notte, la produzione di vitamina D ecc. ecc.).

Ma è possibile sostenere la Vita in assenza totale di luce solare?

La risposta a questa domanda è di per sè semplice. Alcuni batteri e archei (un regno di microrganismi simili ai batteri) sono infatti in grado di produrre molecole organiche utilizzando l’energia ricavata da reazioni chimiche inorganiche. Questi organismi, chiamati chemiautotrofi (o chemiosintetici), sono autonomi dalla luce solare e possono usare molecole come zolfo, ferro, ammoniaca o idrogeno per produrre l’energia necessaria al proprio metabolismo. Le reazioni chimiche utilizzate da questi microrganismi sono inoltre fondalmentali per altre forme di vita come le piante che, ad esempio, ottengono i nitrati (composti di azoto) grazie a batteri del genere Nitrosomonas che utilizzano l’ammoniaca per produrre molecole organiche.

batteri

Gli organismi come i batteri chemiosintetici possono quindi vivere senza la luce del sole ma si muovono comunque in un ambiente plasmato dalla fotosintesi e la loro esistenza è, come nel caso dei batteri nitrici sopracitati, strettamente collegata a quella di altri organismi che vivono grazie alla luce del sole.

A questo punto la domanda diventa la seguente: è possibile trovare vita in un ambiente che sia (quasi) completamente isolato dall’influenza della luce solare?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo prima di tutto trovare l’ambiente adatto. Gli abissi marini possono essere dei buoni candidati in quanto i raggi solari non penetrano oltre un certo livello (intorno ai 100 metri). Cionostante l’acqua dei fondali non è isolata dall’acqua sovrastante e nutrienti organici prodotti dalla fotosintesi in modo diretto (alghe) o indiretto (pesci) possono sempre raggiungere il fondo.

Ma cosa succede se guardiamo al di sotto dei fondali marini?

Nel 2011 Yuki Morono della Japan Agency for Marine-Earth Scienze and Technology ha trovato batteri in sedimenti marini vecchi di 460.000 anni localizzati 220 metri al di sotto dei fondali dell’Oceano Pacifico. Una scoperta simile ma ancora più estrema è stata fatta da Hans Røy dell’Università danese di Aarhus. Il suo team ha infatti scoperto batteri attivi in sedimenti depositatisi sui fondali dell’Oceano Pacifico 86 milioni di anni fa!

Questi staordinari batteri si trovavano probabilmente sul fondo dell’oceano ancestrale e sono stati progressivamente sepolti dai sedimenti venendo così completamente isolati dal resto del mondo. Per sopravvivere in condizioni così estreme e povere di nutrienti questi batteri hanno adottato due strategie differenti: prima di tutto hanno rallentato il proprio metabolismo a ritmi tali che, ad una prima analisi, risulta difficile dire se siano effettivamente vivi o no; in secondo luogo hanno ulteriormente limitato il consumo delle poche risorse disponibili rinunciando alla riproduzione. Far crescere la popolazione con così poco cibo a disposizione è un suicidio, meglio riparare i corpi cellulari esistenti senza produrne di nuovi. Questo, tra l’altro, renderebbe questi batteri gli organismi viventi più vecchi del pianeta.

Fino ad ora ho parlato solamente di batteri e di archei, quindi solo di microrganismi unicellulari relativamente semplici.

E gli animali? Esistono forme di vita complesse in ambienti completamente indipendenti dalla fotosintesi?

Sembra incredibile ma anche in questo caso la risposta è si!

Il record di vita nelle profondità nella crosta terrestre appartiene ad un verme nematode lungo mezzo millimetro chiamato Halicephalobus mephisto che è stato ritrovato nelle miniere d’oro del Sud Africa ad una profondità di 3.6km. Questo verme vive in acque estremamente povere d’ossigeno e isolate dal mondo esterno da circa 12.000 anni. Questi vermi non dipendono in alcun modo dal Sole poiché si nutrono di batteri chemiosintetici che ricavano energia combinando l’idrogeno con i solfati delle rocce circostanti. Ciononostante dipendono ancora dall’ossigeno disciolto nell’acqua in cui vivono e, quando questo sarà esaurito, i vermi mephisto si estingueranno.

Un esempio di organismi complessi in grado di sopravvivere anche in assenza di ossigeno, invece, è rappresentato da minuscoli animali (≈250 micrometri) appartenenti al Phylum dei Loriciferascoperti nel 2010 sui fondali del Mar Mediterraneo. Questi animali sono ancora poco studiati ma sembra siano caratterizzati da un metabolismo unico all’interno del regno animale. Dai risultati pubblicati su BMC Biology da un gruppo di ricerca dell’Università di Ancona emerge infatti come le cellule di questi Loriciferi siano prive delle centrali energetiche basate sull’ossigeno tipiche di una cellula animale (i mitocondri, si veda questo mio post per approfondire) mentre sono dotate invece di organelli chiamati idrogenosomi che generano energia dall’idrogeno solforato e che si trovano solitamente in microrganismi e funghi.

Loricifera

Loricifera (Photo credit: Wikipedia)

In conclusione, quindi, la vita complessa può esistere sul nostro pianeta anche in assenza di luce solare e, anzi, interi ecosistemi possono esistere senza esserne indipendenti. È il caso della grotta di Movile, 30 metri sotto la superficie della Romania meridionale, dove piccoli crostacei e ragni vivono isolati da milioni di anni grazie a batteri chemiosintetici posti alla base per la piramide alimentare di tutta la grotta.

Tutte queste scoperte sono certamente affascinanti e possono contribuire a cambiare la nostra visione della vita e della sua origine sul nostro pianeta e, chissà, magari aiutarci a trovarla su altri.

[la maggior parte delle informazioni contenute in questo post sono state pubblicate in un articolo del New Scientist dal titolo “Deep life: Strange creatures living far below our feet”]

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Fecondazione in vitro con tre genitori: basi teoriche e dibattito etico.

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Fecondazione in vitro con tre genitori: basi teoriche e dibattito etico.

Il governo inglese ha espresso recentemente la volontà di procedere con la regolamentazione della “fecondazione in vitro con tre genitori”. Questo nome è estremamente sensazionalistico ed ha anche un che di inquietante. Un termine più adeguato sarebbe “transfer mitocondriale” ma immagino che non avrebbe lo stesso impatto sull’opinione pubblica e di sicuro venderebbe di meno.

In ogni modo, se i membri del parlamento britannico dovessero approvare il regolamento, l’Inghilterra diverrebbe il primo Paese al Mondo a legalizzare e promuovere questa tecnica prima della fine del 2014.

Ma in cosa consiste questo trattamento? E a cosa serve?

Per capire a fondo la natura di questa terapia dobbiamo prima fare un rapido ripasso di biologia cellulare.

Gli animali (noi compresi), le piante, i funghi e numerosi microrganismi sono composti da cellule eucariote (ovvero il loro DNA è racchiuso in un nucleo centrale). Ogni cellula è delimitata una membrana che racchiude gli organelli, strutture molecolari che svolgono determinati compiti indispensabili alla vita della cellula stessa.

Tra questi organelli troviamo i mitocondri.

Rappresentazione in sezione di una cellula eucariote con alcuni dei suoi organelli principali. in viola si vede il nucelo centrale che ospita il DNA, mentre i mitocondri sono rappresentati in marrone chiaro

I mitocondri svolgono il ruolo principale di “centrali energetiche” della cellula fornendole il carburante necessario al funzionamento di tutti i suoi apparati. La particolarità di questi organelli risiede nel fatto che essi derivano da batteri ancestrali che entrarono in simbiosi con le cellule eucariotiche più o meno un miliardo e mezzo di anni fa.

La Teoria endosimbiontica dell’origine dei mitocondri

Le cellule accolsero i batteri all’interno della propria membrana dando loro protezione in cambio di energia (già, nella realtà i simbionti, pur essendo affascinanti, non corrispondono esattamente all’immagine del buon vecchio Venom… e forse è meglio così ).

Venom, il simbionte alieno nemico di Spiderman

Derivando da antichi batteri, quindi, i mitocondri sono organelli dotati di un proprio DNA e si riproducono da soli per scissione binaria, proprio come i batteri da cui discendono.

Il DNA dei mitocondri va considerato a tutti gli effetti parte del genoma di ciascuno di noi anche se forma solo lo 0.2% del DNA totale di una cellula umana. Questa piccola porzione di DNA contiene solo 37 geni che sono veramente pochissimi se paragonati ai circa 23.000 geni presenti nel nucleo della cellula ospite.

Questi 37 geni, però, sono fondamentali per la salute dei mitocondri e se i mitocondri si ammalano anche la cellula ospite ne può risentire.

Le malattie mitocondriali, infatti, sono patologie legate ad alterazioni dei mitocondri che si riflettono prima sulle cellule ospiti e poi su tutto l’organismo. Disordini mitocondriali sono stati correlati a malattie metaboliche, cardiovascolari, al diabete, al morbo di Parkinson, alla sordità e persino all’obesità.

E sono proprio queste malattie ad essere l’oggetto degli studi pionieristici sul transfer mitocondriale (o fecondazione in vitro con tre genitori) sviluppati da un team di ricercatori dell’Università di Newcastle.

Le malattie dei mitocondri sono patologie genetiche ereditarie che colpiscono un bambino ogni 6.500 nati, il che le rende più comuni del cancro infantile e, fino ad oggi, nessuna cura efficace è mai stata sviluppata.

Le malattie dei mitocondri, tra l’altro, vengono trasmesse solo per via materna poiché lo spermatozoo, nell’atto di fecondazione, trasmette solamente il proprio DNA e tutte le strutture cellulari sono a carico dell’ovulo ricevente. Per questa ragione i mitocondri del padre vanno perduti mentre quelli della madre vengono trasmessi e solo una figlia femmina sarà in grado di trasmetterli ulteriormente alle generazioni successive. (a voler essere pignoli, quindi, ciascuno di noi non è l’esatta unione di due metà ma è per lo 0.2% più simile a sua madre che a suo padre).

Rappresentazione della fecondazione di una cellula. Il DNA nucleare deriva da entrambi i genitori mentre il DNA mitocondriale deriva solo dalla madre.

Una madre con una mutazione a livello del DNA mitocondriale trasmetterà la malattia a tutti i suoi figli. Per interrompere la trasmissione ereditaria i ricercatori di Newcastle hanno sviluppato una tecnica che prevede l’utilizzo di un ovulo proveniente da una madre donatrice (il famoso terzo genitore).

In pratica il nucleo dell’ovulo fecondato (che contiene il 99.8% del DNA dell’embrione) viene trasferito dall’ovulo della madre (con i mitocondri malati) all’ovulo non fecondato del donatore (con i mitocondri sani) a cui è stato precedentemente rimosso il nucleo (il procedimento può essere fatto prima o dopo la fecondazione da parte dello spermatozoo).

Per queste ragioni il bambino nato da una simile fecondazione avrà il 99.8% di DNA dei due genitori naturali più uno 0.2% di DNA da un “terzo genitore”, ovvero la donna donatrice che fornisce i mitocondri sani, che lo renderà sano e privo di qualsiasi patologia mitocondriale.

Schematizzazione della tecnica tratta dal sito del Guardian. In alto il procedimento fatto post-fecondazione, in basso il procedimento fatto pre-fecondazione

L’avvento di una tecnica simile, però, solleva numerosi interrogativi di tipo etico.

Coloro che maggiormente condannano questo metodo sostengono, ad esempio, che un’eventuale diffusione segnerebbe il primo passo verso l’eugenetica. L’affermazione è forte ma non del tutto scorretta in quanto la fecondazione in vitro con tre genitori va effettivamente a toccare, se pur in minima parte (come abbiamo visto), il patrimonio genetico dell’embrione.  Questa è la principale ragione che ha impedito fino ad oggi la legalizzazione della procedura anche se il DNA mitocondriale non contribuisce a determinare chi siamo (aspetto fisico, personalità…).

D’altro canto chi difende la tecnica sostiene che debellare le patologie mitocondriali è di fondamentale importanza per il benessere della razza umana. Sarah Norcross del Progress Educational Trust, che sostiene la scelta del governo inglese di promuovere la terapia, ha dichiarato che:

“sarebbe non etico non offrire questo trattamento se sicuro ed efficace nella prevenzione della nascita di bambini con malattie gravi”

Probabilmente non esiste una presa di posizione che non comporti delle scelte rischiose o comunque condivisibili al 100% ma, limitandosi all’aspetto tecnico e andando aldilà dei titoli sensazionalistici, non va dimenticato che parlare di “tre genitori” può non essere del tutto inesatto ma sicuramente è una forzatura che tende ad esagerare la realtà dei fatti. Il DNA mitocondriale, che abbiamo visto essere indispensabile, rimane pur sempre una parte minuscola (e comunque distaccata) dell’intero patrimonio genetico che determina la natura di un individuo.

[qui il LINK all’articolo pubblicato in merito sul The Guardian da cui ho tratto lo schema della tecnica]

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