sabato 20 aprile 2013

LA RICINA ED ALTRE TOSSINE VEGETALI CORRELATE

Articolo tratto da SCIENZA E TECNICA dell'Agosto 2005





Le piante hanno un ruolo importantissimo per l’esistenza e per la regolazione della vita
sulla terra eliminando l’anidride carbonica e producendo ossigeno. Sono indispensabili per la sopravvivenza dell’uomo, al quale forniscono il nutrimento, sia direttamente con i frutti, i semi, le
foglie, le radici, sia indirettamente, attraverso gli animali che di esse si nutrono. Inoltre, sono anche
fonte di materiali utili, come il legno, la paglia, le fibre, e producono una quantità di sostanze chimi-
che utili all’uomo, dai medicinali ai coloranti. Purtroppo, molte piante sono velenose, perché conten-
gono sostanze tossiche, alcune delle quali, a dosi opportune, sono usate in medicina, come la digitale
o il curaro. Molte sono ben note, l’aconito, la belladonna, la cicuta, altre sono meno conosciute. Fra
queste ultime, ve ne sono alcune che contengono delle tossine molto potenti. 

Semi di ricina
 
Due di queste, la ricina,dei semi di Ricinus communis, e l’abrina, dei semi di  Abrus precatorius, erano note dalla fine del XIX  secolo ed hanno anche importanza nella storia della scienza, perché contro di esse Paul Ehrlich preparò i primi anticorpi, ponendo le basi dell’immunità.

Pianta di Abrina

Queste tossine furono oggetto di pochissime altre ricerche finché, intorno al 1970, dei ricercatori
cinesi trovarono che erano maggiormente tossiche per alcune cellule tumorali, rispetto alle cellule normali.
Questa osservazione stimolò altri studi, e presto fu accertato che le due tossine hanno una simile strut
tura e simile meccanismo d’azione, consistente in un’attività enzimatica che danneggia irreversibil-
mente i ribosomi, provocando l’arresto delle sintesi proteiche e di conseguenza la morte delle cellule
(1). Le due tossine sono molto potenti, con una LD50 (dose che uccide il 50% degli animali) nell’ordine di microgrammi/kg di peso (per via intraperitoneale).
Negli anni ’80 nell’allora Istituto di Patologia generale, oggi Dipartimento di Patologia sperimentale, dell’Università di Bologna si cominciò a cercare se esistevano altre tossine simili, partendo dall’ipotesi che se due piante diverse fra loro come il ricino e l’abrus contenevano due tossine molto simili, forse altre tossine dello stesso tipo potevano essere presenti in altre piante velenose. Con paziente lavoro e con l’aiuto di molta fortuna, nel corso di pochi anni furono identificate la viscumina, del Viscum album (vischio) e due tossine delle radici di due Passifloracee africane, la modeccina dell’Adenia(Modecca) digitatae la volkensina, dell’Adeniavolkensii, ambedue più potenti della ricina.
Adenia digitata
Nel 2003 in Giappone è stata identificata un’altra tossina dello stesso tipo l’aralin, dell’Araliaelata,
una pianta che cresce in Giappone; la tossina è stata isolata dai germogli mangerecci, che sono consumati, evidentemente senza danni, probabilmente perché la tossina è ad un livello molto basso (circa 0.5 mg/100 grammi) ed è distrutta dalla cottura.
Infine, molto recentemente ancora nel Dipartimento di Patologia sperimentale di Bologna dalle radici di altre due Passifloracee africane sono state identificate e purificate altre due tossine, delle quali è in corso la caratterizzazione. Si è già accertato che sono fra le più potenti tossine vegetali conosciute:
la dose letale per il topo sembra essere nell’ordine di qualche microgrammo per kg di peso (per via
intraperitoneale); se per l’uomo fosse eguale, meno di un milligrammo somministrato per via parenterale ucciderebbe un uomo. La tossicità delle tossine è riassunta nella Tabella.
La ricina e le altre tossine simili ad essa sono costituite da due catene proteiche, una catena B che è una lectina, cioé una proteina capace di legarsi a zuccheri presenti sulla superficie delle cellule e permette così l’ingresso dell’altra catena, la A, che possiede l’attività enzimatica che provoca i danni ai ribosomi e forse ad altre strutture. Per questa loro struttura sono state chiamate proteine che inattivano i ribosomi (ribosome-inactivating proteins, RIP) di tipo 2, in contrapposizione alle RIP di tipo 1, costituite da una sola catena che ha la stessa attività della catena A delle tossine. Le RIP di tipo 1 sono state identificate, molte nel nostro Dipartimento, in molte piante, anche comuni ed eduli come, ad esempio, il garofano, la saponaria, gli spinaci; essendo sprovviste della catena B, non si legano alle cellule, nelle quali entrano con difficoltà e quindi sono molto meno tossiche delle RIP di tipo 2 (LD50 nell’ordine dei milligrammi/kg). Se però si riesce a farle entrare nelle cellule, sono tossiche quanto ed anche più della ricina.
Il meccanismo d’azione delle RIP è stato notevolmente chiarito, anche se forse non è ancora completamente noto. La prima indicazione venne dal lavoro dei ricercatori cinesi, che osservarono che la ricina e l’abrina inibivano la sintesi delle proteine. Successivamente dei ricercatori norvegesi accertarono che tale inibizione si aveva anche in un lisato di cellule, e nel nostro Istituto, soprattutto ad opera dei professori Lucio Montanaro e Simonetta Sperti si trovò che la ricina, e successivamente le altre RIP, danneggiavano irreversibilmente i ribosomi, gli organelli che sintetizzano le proteine (2). Dopo alcuni anni un ricercatore giapponese, Endo, fece un notevole passo avanti, accertando che la ricina danneggiava i ribosomi rimuovendo una sola base, l’adenina, in un punto preciso dell’RNA ribosomale (3). Nel 1997 il prof. Barbieri del nostro laboratorio osservò che tutte le RIP rimuovono adenina anche dal DNA ed alcune anche da altri polinucleotidi (4). Alcune osservazioni indicano che ciò potrebbe avvenire anche nelle cellule intere, e questo forse potrebbe spiegare come mai le RIP provocano lesioni differenti da quelle causate da altre sostanze che inibiscono la sintesi delle proteine. Le caratteristiche delle RIP sono riassunte in diverse rassegne recenti (5-7).
Le catene A delle tossine o le RIP di tipo 1 sono state legate a molecole vettrici capaci di legarsi a specifici bersagli cellulari, formando così coniugati, soprattutto con anticorpi (“immunotossine”) selettivamente tossici per le cellule bersaglio degli anticorpi o degli altri vettori usati (rassegna in 8).
Questi composti sono usati in ricerche sperimentali, ma sono stati sperimentati anche in prove cliniche per eliminare selettivamente determinati tipi di cellule dannose, soprattutto per la terapia dei tumori. I risultati ottenuti finora sono stati incoraggianti, nel senso che in diverse prove negli animali, ma anche nell’uomo, si è ottenuta una riduzione dei tumori, soprattutto ematologici (linfomi), con effetti collaterali tollerabili e spesso inferiori a quelli delle chemioterapie tradizionali. Purtroppo questi coniugati, essendo costituiti da proteine non umane, provocano nei pazienti una risposta immunitaria che ne impedisce la somministrazione ripetuta, e quindi allo stato attuale delle ricerche non sono utilizzabili in terapia. Potrebbero tuttavia essere usati in casi particolari, ad esempio per la terapia di tumori della vescica, che comporta l’applicazione locale e quindi “esterna” dei coniugati, con minori effetti tossici e immunogeni.
Le immunotossine sono anche utili strumenti di ricerca, ad esempio per eliminare in maniera selettiva un tipo di cellule in una cultura. Il maggiore sviluppo è stato l’uso di coniugati di saporina, una RIP di tipo 1 della saponaria, con anticorpi contro neuroni colinergici ed altri tipi di cellule nervose, con i quali sono stati compiuti numerosi studi di neurofisiologia, riassunti in un libro di recente pubblicazione (9).
Le RIP di tipo 1 hanno anche proprietà antivirali, e se ne è studiata la possibilità d’impiego anche in terapia umana, specialmente dell’infezione da HIV, purtroppo con scarso successo. Invece, hanno dato risultati più promettenti le ricerche sull’impiego di queste proteine contro i virus delle piante, ed in diversi casi si è osservato che piante nelle quali era stato inserito il gene di una RIP erano più resistenti alle infezioni virali (rassegne in 10, 11).

Tossine che inattivano i ribosomi
  
Tossina - Pianta d’origine - LD501(mg/kg)
Abrina - Abrus precatorius - 0.0028
Modeccina - Adenia (Modecca)digitata - 0.0053
Ricina - Ricinus communis - 0.0080
Viscumina - Viscum album - 0.0024
Volkensina - Adenia volkensii - 0.0017

1 Dose, in mg/kg, che somministrata per iniezione intraperitoneale uccide
metà degli animali (topi) entro 48 ore.

 Purtroppo le tossine possono essere usate anche per fini criminali; è ben noto il delitto ricordato come “omicidio con l’ombrello”: nel 1978 Georgi Markov, un giornalista bulgaro dissidente, fu ucciso a Londra con un piccolo proiettile con una cavità di circa un millimetro cubo, sparato da un’arma nascosta in un ombrello. In base alle lesioni riscontrate all’autopsia, fu diagnosticato un avvelenamento da ricina, evidentemente contenuta nella piccola cavità del proiettile.
La ricina è considerata come possibile arma biologica (esiste addirittura un brevetto intitolato
“Toxic ricin for warfare”) in eventi bellici ed anche di bioterrorismo (12). In effetti, potrebbe essere
l’arma biologica preferita soprattutto da gruppi terroristici con un minimo di organizzazione, a causa
della facilità di reperimento del materiale di partenza (semi di ricino) e della semplicità di preparazione, per la quale sarebbero sufficienti poche attrezzature.
La ricina e le tossine simili sono proteine e quindi sono facilmente degradabili; inoltre, se somministrate per via orale la loro tossicità è molto inferiore rispetto a quella che si ha per iniezione endovenosa o intraperitoneale, mentre è elevata se sono inalate. Sarebbe quindi poco efficace, e di conseguenza sembra improbabile, un attentato mediante immissione di una di queste tossine in un acquedotto, anche perché sarebbe necessaria una gran quantità di tossina, e sarebbe anche poco praticabile un avvelenamento attraverso la catena alimentare.
Sarebbe invece temibile un avvelenamento, anche di molte persone, mediante diffusione della tossina
nell’atmosfera in forma di polvere o come aerosol, specialmente in un locale chiuso, come un teatro,
una chiesa, un’aula, forse anche uno stadio. Questa possibilità ha stimolato diverse ricerche sulla tossicità della ricina ed altri agenti tossici per via inalatoria (13), ed allo sviluppo di anticorpi e soprattutto vaccini per la prevenzione degli effetti tossici (14). Fra tutte le tossine che inattivano i ribosomi, la ricina potrebbe essere la sola utilizzabile da persone o gruppi con disponibilità limitate, come i terroristi isolati, poiché le altre si trovano in piante difficilmente reperibili in grandi quantità. Tuttavia, un esercito o altra grande organizzazione provvista di ampi mezzi potrebbe utilizzare anche le altre tossine, poiché si potrebbero clonare i loro geni ed ottenere quantità illimitate di tossina sfruttando le tecniche dell’ingegneria genetica. Inoltre, non è difficile immaginare la possibilità di manipolare le tossine o i loro geni con varie tecniche biotecnologiche per impieghi delittuosi, bellici o terroristici, con possibilità di conseguenze anche catastrofiche.
Senza arrivare a questi estremi, le piante che contengono queste tossine, alcune in quantità rilevanti, possono essere adoperate a scopi delittuosi anche senza la necessità di estrarre e purificare le tossine; inoltre, potrebbero essere fonte di pericolosi incidenti, ad esempio se fossero facilmente raggiungibili da bambini. Queste piante, alcune delle quali sono ricercate dai collezionisti, sono in libera vendita in Italia o in nazioni della Comunità Europea, dalle quali possono essere importate senza restrizioni. Sarebbe difficile proibire la vendita delle piante velenose, ma forse si potrebbe introdurre, con una normativa semplice, almeno l’obbligo di un’etichetta per segnalare la tossicità per le piante conosciute come velenose e suggerire cautela per le piante della cui innocuità non si è certi.
Chi scrive non ha la competenza necessaria per indicare misure atte a prevenire l’impiego delle tossine a fini bellici o terroristici. Ritiene tuttavia che sarebbe utile

a) conoscere ed avere una lista di ricercatori esperti in materia, ai quali si potrebbe fare riferimento in caso di necessità;
 b) facilitare le ricerche sull’argomento, favorendone il finanziamento e semplificando gli adempimenti burocratici connessi alla detenzione di tossine, almeno per le piccole quantità necessarie a scopi di ricerca;
 c) avere prontamente disponibile metodi sensibili per la rilevazione rapida di tracce di tossine, almeno per la ricina.

 Fiorenzo Stirpe
 Dipartimento di Patologia sperimentale dell’università di Bologna
  
BIBLIOGRAFIA

1. OLSNES,S. The history of ricin, abrin and related toxins, Toxicon 44, 361-370, 2004.
2. MONTANARO, L., SPERTI,S.,STIRPE, F. Inhibition by ricin of protein synthesis in vitro. Ribosomes as the target of the toxin, Biochem. J. 136, 677-683, 1973.
3. ENDO,Y.,TSURUGI,K RNA N-glycosidase activity of ricin A-chain. Mechanism of action of the toxic lectin ricin on eukaryotic ribosomes, J. Biol. Chem. 262, 8128-8130, 1987.
4. BARBIERI, L., VALBONESI,P.,BONORA, E., GORINI,P., BOLOGNESI, A., STIRPE,F. Polynucleotide:adenosine glycosidase activity of  ribosome-inactivating proteins:effect on DNA, RNA and poly(A),Nucleic Acids Res. 25,518-522, 1997.
5. VAN DAMME, E.J.M., HAO,Q.,BARRE, A., VANDEN-BUSSCHE ,F.,DESMYTER,S.,ROUGÉ,P.,PEUMANS, W.J.Ribosome-inactivating proteins: a family of plant proteins that do more than inactivate ribosomes, Crit. Rev.Plant Sci. 20, 395-465, 2001.
6. GIRBÉS,T.,FERRERAS, J.M., ARIAS, F.J., STIRPE,F.Description, distribution, activity and phylogenetic relationship of ribosome-inactivating proteins in plants, fungi and bacteria,Mini Rev. Med. Chem. 4, 461-476,2004.
7. STIRPE,F. Ribosome-inactivating proteins , Toxicon44, 371-383, 2004.
8. FRACASSO,G.,BELLISOLA,G.,CASTELLETTI,D.,TRIDENTE,G.,COLOMBATTI,M. Immunotoxins and other conjugates:
Preparation and general characteristics,Mini Rev. Med.Chem. 4, 545-561, 2004.
9. WILEY, R.G., LAPPI, D.A. Molecular Neurosurgery with Targeted Toxins, Humana Press, Totowa, NJ, 2005.
10. WANG,P.,TUMER, N.E. Virus resistance mediated byribosome inactivating proteins , Adv. Virus Res. 55, 325-355, 2000.
11. PARIKH; B.A., TUMER, N.E. Antiviral activity of ribosome inactivating proteins in medicine, Mini Rev.Med.Chem. 4, 523-543, 2004.
12. ELLISON, D.H.Handbook of Chemical and Biological Warfare Agents, pp. 184-191, CRC Press, New York,1999.
13. GRIFFITHS, G.D., RICE,P.,ALLENBY, A.C., BAILEY,S.C., UPSHALL, D.G. Inhalation toxicology and histopathology of ricin and abrin toxins, Inhal. Toxicol.7, 269-288, 1995.
14. PADDLE, B.M. Therapy and prophylaxis of inhaled biological toxins, J. Appl. Toxicol. 23, 139-170, 2003.


sabato 9 marzo 2013

CAEROSTRIS DARWINI: Il ragno che produce la ragnatela più resistente al mondo

Questo ragno è stato scoperto nel 2009 nel Andasibe-Mantadia National Park situato nel Madagascar.



costruirebbe una delle ragnatele più ampie conosciute, sospesa tra una sponda e l’altra di fiumi e laghi del Madagascar. Per realizzare un’impresa simile, pare che i ragni utilizzino una seta con una resistenza e un’elasticità mai rilevata fino ad ora, perfino più resistente di qualsiasi altro materiale biologico o artificiale conosciuto.
La capacità dei ragni di produrre la seta e di modellarla in strutture come le ragnatele ha rappresentato un fattore chiave nel loro successo evolutivo. Questa proteina complessa, costituita principalmente dagli amminoacidi glicina, alanina e serina, viene emessa da vari gruppi di ghiandole, presenti nella sezione posteriore dell’animale (opistosoma), sotto forma di liquido idrosolubile che una volta a contatto con l’ambiente esterno si trasforma in un filo insolubile, causando l’aumento fino a dieci volte del suo peso molecolare. Per tale ragione, fino ad oggi, si riteneva che la seta avesse caratteristiche di resistenza simili al nylon e il doppio della sua elasticità, ma la scoperta porterebbe ad una riconsiderazione delle proprietà di questo materiale assolutamente naturale.
Il team internazionale che ha condotto la ricerca è composto da scienziati provenienti da diverse università del mondo, tra cui Ingi Agnarsoon, direttore del Museo di Zoologia dell’Università di Puerto Rico, Matjaž Kuntner, responsabile dell’Istituto di Biologia presso il Centro di Ricerca Scientifica e della Slovenian Academy of Sciences and Arts, e Todd Blackledge, Professore Associato di Biologia all’Università di Akron (USA). Nello studio pubblicato sul Journal of Arachnology, Kuntner e Agnarsson si avvalgono dei dati morfologici e genetici per dimostrare l’appartenenza del ragno, denominato Caerostris darwini, a una specie del tutto nuova per la scienza e per descrivere le caratteristiche uniche della ragnatela e dell’habitat. Il C. darwini, chiamato così in onore dei 200 anni dalla nascita di Charles Darwin, e precisamente 150 anni dopo la sua pubblicazione “On the Origin of Species”, è in grado di costruire una delle più ampie ragnatele orbicolari (ovvero le reti con la caratteristica forma circolare) e di tenerla in sospeso tra le sponde dei fiumi e dei laghi, ampliandola sui corsi d’acqua fino a 25 metri di larghezza.



Nell’articolo pubblicato simultaneamente sul giornale web PLoS ONE, Kuntner, Agnarsson e Blackledge si soffermano sull’analisi delle proprietà del nuovo tipo di seta, ipotizzando che l’eccezionale estensione della ragnatela sia legata alla tessitura di una seta con caratteristiche uniche. Gli scienziati hanno dimostrato la loro ipotesi scoprendo che la seta di C. darwini combina un’alta resistenza con una forte elasticità, perché capace di assorbire 3 volte di più l’energia prima di rompersi. La seta di C. darwini, inoltre, si dimostra circa il 100% più resistente di ogni altra seta conosciuta, meritando il titolo di materiale biologico più resistente al mondo.
Il team di scienziati, grazie ad una borsa di studio della National Geographic Society, è attualmente impegnato nella ricerca delle origini di C. darwini e del perché questa specie si sia evoluta con ragnatele e con una seta dalle caratteristiche uniche. Secondo Agnarsson gli antenati di C. darwini sono stati capaci di occupare nuove nicchie combinando la costruzione di nuovi tipi di ragnatele e nuove qualità di seta.

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sabato 2 marzo 2013

LO STRANO SILENZIO DELL'UNIVERSO: perchè non abbiamo ancora incontrato E.T.


Dopo cinquant'anni di ricerche, ancora nessun segnale da ipotetiche civiltà extraterrestri. Dal paradosso di Fermi all'equazione di Drake fino alla teoria del multiverso, tutte le possibili spiegazioni della scienza allo "strano silenzio" dell'universo.





Il primo a porre seriamente la questione fu l’italiano Enrico Fermi: “Se gli extraterrestri esistono, dove sono tutti quanti?”. Una domanda posta ai colleghi fisici in una pausa pranzo ai laboratori di Los Alamos, dove si lavorava al programma nucleare americano: era la fine degli anni ’40 e si cominciava a parlare di UFO. Gli scienziati atomici discussero della questione, concludendo che i dischi volanti potevano essere difficilmente ricondotti all’attività di intelligenze aliene. Ma da buoni scienziati, Fermi e i suoi colleghi si posero il problema di capire se, almeno teoricamente, l’universo potesse ospitare civiltà extraterrestri. E qui nacque il cosiddetto paradosso di Fermi: se l’universo esiste da quasi 15 miliardi di anni, dovrebbe avere avuto tutto il tempo per permettere la nascita e l’evoluzione di numerosissime civiltà extraterrestri; ma, in tal caso, perché ancora non ci hanno fatto visita? Il tempo per lanciarsi in lunghissime crociere spaziali lo avrebbero avuto. Ci si aspetterebbe di affacciarsi su un universo brulicante di vita intelligente. Invece niente.
Sull’argomento torna ora uno dei più eminenti astrofisici viventi, Paul Davies, brillante divulgatore i cui libri sono stati pubblicati con successo anche in Italia. Edito nel 2010, il suo volume The Eerie Silence (“Un misterioso silenzio”) uscirà il mese prossimo anche da noi, col titolo Uno strano silenzio (Codice Edizioni). Il titolo, emblematico, è quasi una parafrasi del paradosso di Fermi. Quando, poco più di cinquant’anni fa, due astronomi proposero di ascoltare le onde radio provenienti dallo spazio per verificare se tra esse ci fossero segnali intelligenti, molti si aspettavano di intercettare subito un vero e proprio brulicare di comunicazioni tra stelle e pianeti. Invece, dopo decenni di ascolto, finora non abbiamo trovato nulla. Non solo gli extraterrestri non si vedono, ma non si sentono neanche.

Un’equazione per contare le civiltà extraterrestri
Eppure, alcuni importanti scienziati e divulgatori si sono messi a calcolare le probabilità che la vita intelligente si sia sviluppata altrove, nella nostra galassia e nel nostro universo; e ne sono uscite soluzioni interessanti. La più famosa è nota come “equazione di Drake” ed è stata concepita dall’astronomo americano Frank Drake nel 1961. Invitato a parlare a una conferenza sulle probabilità di vita nell’universo, Drake decise di trattare la questione affrontandola per punti: ma poiché, da buon scienziato, aveva una mente matematica, i punti della discussione vennero sintetizzati in un’equazione che è la seguente:
N=R*fpneflfifcL
Niente panico! Si tratta infatti di un’equazione nata “per gioco”: N rappresenta il numero di civiltà extraterrestri nella galassia che sono in grado di comunicare con noi. Questo valore è dato dai fattori R*, che rappresenta il tasso di formazione stellare nella nostra galassia; fp ossia la percentuale di stelle che possiedono pianeti; ne, cioè il numero di pianeti orbitanti intorno a una stella capaci di ospitare la vita; fl che indica la percentuale dei pianeti di ne dove la vita si è evoluta; fi che sta a indicare la percentuale di fl dove si è evoluta la vita intelligente; fc ,vale a dire la percentuale di fi dove si è sviluppata una tecnologia che permetta le comunicazioni radio; e infine L, la durata media di una civiltà che sia in grado di comunicare con altre sparse nella galassia.

Il numero di pianeti
 della nostra galassia
 in cui è in essere una
 civiltà tecnologica è
 di circa 530.000

Isaac Asimov, 1979 


Se ora pensate di avere tutti i dati per calcolare il numero di civiltà extraterrestri con cui entrare in comunicazione, vi sbagliate di grosso. Di fatto, conosciamo con esattezza un solo termine, il primo. Per gli altri, tiriamo a indovinare (o quasi). Fino alla metà degli anni ’90, per esempio, non avevamo alcuna certezza che le altre stelle possedessero intorno a sé dei pianeti, come nel nostro sistema solare. Lo ipotizzavamo, sia per modestia – perché il nostro sistema solare dovrebbe essere unico? – sia perché le teorie sulla formazione del nostro sistema planetario sembravano adattarsi bene anche alle altre stelle. Ma “vedere” pianeti extrasolari non è semplice: nemmeno oggi li vediamo direttamente, ma strumenti di rilevamento più potenti e importanti programmi d’osservazione dallo spazio ci hanno permesso di individuare centinaia di pianeti extrasolari, alcuni più grandi di Giove, ma altri simili alla Terra. Insomma, fp è un numero molto grande: sembra che la stragrande maggioranza delle stelle, tutto sommato, abbia il suo contorno di pianeti.
Il problema successivo, però, è molto più complesso: è possibile che su quei pianeti si sviluppi la vita? Teoricamente, la vita come la conosciamo ha bisogno solo di due cose: ossigeno e acqua allo stato liquido. Probabilmente, possono esistere forme di vita che sguazzano in ambienti per noi invivibili; ma non prendiamoli in considerazione. Pianeti con queste caratteristiche sembrano esistore a bizzeffe. Questo vuol dire che su di essi si sviluppi inevitabilmente la vita? No. In realtà, molti scienziati ritengono che la nascita della vita complessa – e poi intelligente – sulla Terra sia un evento quasi fortuito. La possibilità che quest’eventualità si ripeta altrove è molto scarsa; ma poiché stiamo parlando di grandi numeri, non è una probabilità nulla. Qui però entriamo nel campo delle mere ipotesi.
Qualcuno molto qualificato ha tuttavia provato a riempire la formula di Drake con numeri reali. L’astronomo americano Carl Sagan, nella famosa trasmissione televisiva da lui condotta, Cosmos (una sorta di “Quark” made in Usa), propendeva per il pessimismo, giungendo a calcolare non più di 10 civiltà aliene con le quali potremmo in questo momento entrare in contatto, se ne avessimo i mezzi. Un calcolo più ottimistico è stato compiuto dal famoso scrittore di fantascienza e grande divulgatore Isaac Asimov: nel suo saggio Civiltà extraterrestri (1979), un classico sull’argomento, ancora attualissimo nonostante la ricerca abbia fatto enormi passi avanti, Asimov stimava per il termine “N” di Drake un numero enorme: 530.000 civiltà intelligenti sarebbero presenti nella galassia in questo stesso momento. Ma resta allora la domanda: dove sono tutte quante?

Ascoltare l’universo in cerca di un segnale
Ipotizziamo che il limite della velocità luce (o di quella dei neutrini…) non sia valicabile in nessun modo. È stato calcolato che una civiltà intelligente, anche viaggiando molto al di sotto della velocità della luce, impiegherebbe meno di dieci milioni di anni per visitare l’intera galassia: una frazione trascurabile rispetto ai miliardi di anni di vita della Via Lattea. Eppure, non abbiamo ancora tracce di visite extraterrestri, volendo escludere gli UFO. Non ci resta che provare ad ascoltare il cielo per intercettare eventuali segnali intelligenti. Non è necessario produrli con consapevolezza: le onde elettromagnetiche viaggiano nel vuoto cosmico alla velocità della luce a bassissima energia e le normali trasmissioni televisive possono arrivare ad anni-luce di distanza. Così come gi abitanti di Epsilon Eridani dovrebbero poter intercettare in questo momento le immagini dell’11 settembre 2001 (la stella in questione è a circa 10 anni-luce dalla Terra), così noi dovremmo riuscire a captare le loro canzoni trasmesse in modulazione di frequenza o le immagini di un quiz televisivo alieno.

L’universo delle radiofrequenze, tuttavia, è immenso. Dove cercare con esattezza? Non basta infatti puntare i radiotelescopi verso stelle specifiche, ma cercare questi segnali intelligenti all’interno di frequenze ben precise. Alla fine degli anni ’50 sulla rivista Nature gli astronomi Giuseppe Conconi e Philips Morrison proposero di cercare sulla frequenza 1420 MHz, che corrisponde a una lunghezza d’onda di21 centimetri. È la frequenza d’emissione dell’idrogeno, l’elemento più comune dell’universo. Un’altra possibilità è la frequenza di 1665 MHz, a una lunghezza d’onda di 18 centimetri: la frequenza d’emissione dell’ossidrile. Perché? Perché unendo idrogeno e ossidrile viene fuori l’acqua, che riteniamo essere la base della vita nell’universo. Se una civiltà extraterrestre volesse farsi riconoscere, riteniamo che dovrebbe farlo in questa “finestra” d’emissione nota come “water hole”. Un termine che rimanda all’immagine di una pozza d’acqua nel deserto sterile del nostro cosmo, ma che vuol dire anche “buco nell’acqua”.

Alcune soluzioni al paradosso di Fermi

Il fisico e cosmologo inglese Paul Davies


In effetti, molti temono che il progetto SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), che si barcamena tra croniche mancanze di fondi e inevitabile scetticismo, si concluda con un buco nell’acqua. Dopo cinquant’anni d’ascolto, da quel “water hole” non è uscito fuori nessun segnale intelligente. È per questo che il fisico Paul Davies ha parlato di uno “strano silenzio”. Nel suo libro, avanza alcune ipotesi in proposito. Per esempio, la maggior parte delle civiltà intelligenti nell’universo potrebbero essere così diverse da noi da non essere interessate alla comunicazione interstellare. Fondamentalmente, il cosmo brulicherebbe di alieni con i quali non varrebbe la pena scambiare quattro chiacchiere. Ma un’altra spiegazione è ancora più inquietante e riporta all’ultimo fattore dell’equazione di Drake, “L”: la durata media di vita di una civiltà intelligente. Chi dice che siamo destinati a vivere in eterno, o comunque a perdurare per un bel pezzo? Forse, stiamo procedendo speditamente verso l’autodistruzione. Una tesi condivisa da Drake e da Asimov, e in parte anche da Davies: forse le civiltà intelligenti sono votate all’autodistruzione entro poche centinaia d’anni. Per questo, non c’è abbastanza tempo per stabilire una comunicazione. E allora, il silenzio dell’universo diventa davvero inquietante, come suggerisce il titolo inglese del libro.
C’è anche una soluzione ottimistica all’onnipresente paradosso di Fermi, che lascia un po’ spazio alla fantascienza: forse, come in Star Trek, le civiltà davvero intelligenti (a differenza nostra) della galassia sono confederate in una grande ONU spaziale e vigilano sulle specie che si stanno gradualmente affacciando all’universo, come la razza umana. Appena saremo degni, usciranno allo scoperto proponendoci di aderire al loro ristretto club interstellare. È una tesi che affascina anche Davies. Ma il più grande fisico teorico oggi vivente, l’inglese Stephen Hawking, non la pensa allo stesso modo. Hawking ha a più riprese messo in guardia da potenziali civiltà extraterrestri che potremo scoprire: “Il contatto con la vita aliena potrebbe essere disastroso per la razza umana”. Dopo tutto, potrebbero comportarsi come gli europei quando giunsero per la prima volta in America: come le civiltà precolombiane di allora, anche la nostra razza potrebbe estinguersi sotto il peso schiacciante della superiorità tecnologica dell’invasore. Secondo Hawking, quindi, anche se gli alieni quasi certamente ci sono, è meglio non incontrarli.
Una teoria ancora più avanzata prende spunto da quella che è oggi una delle più affascinanti tesi cosmologiche: quella del multiverso. Il nostro universo non sarebbe che uno degli infiniti universi esistenti. Questa bizzarra ipotesi è in realtà oggi accettata da un numero crescente di scienziati perché spiegherebbe alcune curiose coincidenze del nostro universo. Le costanti fondamentali che regolano il cosmo sono infatti assai particolari: se differissero di meno dell’1% dal valore che possiedono, la vita come la conosciamo non si sarebbe potuta evolvere. Questa strana coincidenza è stata spiegata con diverse teorie, tra cui il controverso “principio antropico” di John Barrow e Frank Tipler che, nella sua forma estrema, sostiene che l’universo è così perché fin dalla sua nascita era previsto che desse vita alla razza umana. Egoismo antropocentrico? Forse, ma la teoria regge. In questo caso, non potrebbero esistere nel nostro universo altre civiltà. Ma se il nostro fosse solo uno dei tanti universi, non solo verrebbe a cadere l’antropocentrismo implicito nel ragionamento di Barrow e Tipler, ma si spiegherebbero meglio queste coincidenze e sarebbe possibile immaginare infinite civiltà extraterrestri, ciascuna dominante nel suo universo confezionato “su misura”. Peccato che non potremo mai entrare in contatto con loro.
Certo, esiste anche un’ultima soluzione. È quella di Fermi o di Stephen Webb, che all’argomento ha dedicato un libro definitivo: Se l’universo brulica di alieni… dove sono tutti quanti? Webb propone 49 soluzioni al quesito, riservandosi una cinquantesima per sé: la peggiore. Siamo davvero soli e l’universo, per citare Carl Sagan, non è che un enorme spreco di spazio.