Zanichelli: Chiavi di lettura

Siamo soli nell’universo? Hanno cominciato a chiederselo i filosofi greci, e ancora cerchiamo una risposta. Ma dalle parole si è passati ai fatti. Un quarto di secolo dopo la scoperta del primo pianeta extrasolare, adesso ne conosciamo migliaia, molti simili alla Terra. Sappiamo che ogni stella della nostra galassia ha almeno un pianeta e questo moltiplica le possibilità di trovarne altri abitabili, con altre forme di vita. Ma ancora non sappiamo come descrivere gli “alieni”. Per non farci trovare impreparati, continuiamo a esplorare il cielo con telescopi e sonde spaziali. E le sorprese sono continue. Inseguiamo l’acqua e la troviamo ovunque: un lago sotterraneo nel polo sud di Marte, ghiaccio sull’asteroide Cerere, oceani con sorgenti termali su Encelado, lo splendido satellite ghiacciato di Saturno. Ma iniziamo a trovare acqua anche nell’atmosfera di alcuni pianeti extrasolari. Non abbiamo ancora trovato una nuova Terra, ma siamo sulla buona strada. Ancora per un po’ di tempo però possiamo continuare a considerarci esseri speciali e a pensare che i marziani siamo noi.

Il consumo energetico è ridotto quasi a zero, il metabolismo rallenta, i neuroni si scollegano, i tumori cessano di crescere: il corpo va in letargo. Orsi, scoiattoli e ghiri sopravvivono così alla stagione invernale. E noi ci potremmo ibernare? Le ricerche degli ultimi 15 anni fanno pensare che sia possibile. I geni necessari a sopravvivere all’ibernazione dovrebbero essere presenti nell’uomo, anche se l’evoluzione ci ha fatto perdere la capacità di attivare questo stato. La medicina potrebbe trarne grandi benefici: riducendo il bisogno di ossigeno del cervello, avremmo più possibilità di sopravvivere dopo un ictus, un arresto cardiaco o uno shock settico. Anche le agenzie spaziali ne intravedono i vantaggi. Un equipaggio di astronauti ibernati potrebbe, infatti, raggiungere Marte con meno cibo e acqua, evitando anche alterazioni della psiche legate alla lunga permanenza in un ambiente ristretto. Gli astronauti sarebbero anche protetti dai danni delle radiazioni cosmiche, dall’astenia muscolare e dall’osteoporosi che potrebbero insorgere in condizioni di microgravità.

Una colonia di formiche è un microcosmo organizzato, efficiente, autonomo, collaborativo. Un superorganismo dove i singoli individui, obbedendo ciascuno a semplici regole, fanno emergere complessi comportamenti collettivi. Così migliaia di specie di formiche hanno colonizzato tutti gli angoli della Terra. Costruiscono nidi complessi, coltivano, allevano, sanno combattere come un esercito addestrato ma senza capi. Le nostre società di Homo sapiens sono molto diverse da quelle delle formiche. Possiamo però studiare il successo evolutivo di questi insetti per inventare applicazioni pratiche utili alla nostra specie. Gli algoritmi che si ispirano alle regole di un formicaio sono utili in molti ambiti, dall’ottimizzazione di Internet alla gestione del traffico stradale. Le formiche sanno bene come trovare la via più breve ed evitare ingorghi. Le zattere che formano intrecciando i loro corpi quando il nido viene alluvionato potrebbero ispirare la progettazione di nuovi materiali e di robot autoassemblanti. Alcune specie di formiche potrebbero essere usate nella lotta biologica agli insetti nocivi. Nuove molecole che sono state isolate dal veleno delle formiche potrebbero risultare efficaci contro i ceppi di batteri patogeni super resistenti. Ci sono migliaia di modi diversi di essere formica: frammenti di natura che nascondono tesori preziosi di inimmaginabile bellezza.

Gli alimenti ottenuti da Organismi Geneticamente Modificati sono già sulle nostre tavole: i formaggi prodotti con il caglio sintetico derivato da organismi ricombinanti, il latte e la carne di bovini nutriti con soia transgenica, le uova deposte da galline alimentate con mais ogm. Ogni volta che un nuovo ogm è immesso nel mercato suscita clamore mediatico, ma in trent’anni di ricerche non sono emerse prove che questi prodotti siano nocivi per la salute umana e per l’ambiente. Finora gli ogm sono stati chiaramente riconoscibili, ma con l’avvento dell’editing genomico sarà impossibile distinguere una modifica ottenuta in laboratorio da una mutazione casuale. Tecniche come crispr-Cas9 possono modificare un singolo gene, senza importarlo da un altro organismo, così come un word processor può modificare una parola di un testo, senza fare «copia e incolla» da un altro documento. Queste innovazioni promettono di rivoluzionare l’agricoltura e quello che mangiamo, con piante che resistono alla siccità e possono fare a meno di fertilizzanti e pesticidi.

Come ci cureremo nei prossimi anni? Quali saranno le terapie del futuro? E quali problemi etici e legali si porteranno dietro? Le terapie di domani saranno progettate su ciascuno di noi, perché interverranno sul nostro DNA per correggerne gli errori che sono la causa delle malattie. Sfrutteranno le capacità innate del nostro organismo di rigenerarsi per sostituire le parti invecchiate o che non funzionano più. In un percorso a due voci, una ricercatrice e una giornalista scientifica ripercorrono la scoperta delle cellule staminali e l’invenzione della terapia genica, facendoci entrare nei laboratori dove sta nascendo la biomedicina. Una guida al futuro della medicina, che racconta lo stato dell’arte della ricerca e ridimensiona le notizie sensazionali che si leggono sui giornali e sul web. La medicina rigenerativa, l’immunoterapia, le terapie cellulari e l’editing del genoma, come ora accade con la tecnologia CRISPR: tanti progressi che miglioreranno la nostra vita e tanti difficili problemi morali che dovremo affrontare.

Come fa il motore di ricerca a trovare l’informazione che mi serve? E la pay-tv online a propormi un film che con ogni probabilità mi piace davvero? Sembra una magia, in realtà è il risultato di algoritmi che funzionano. Un algoritmo è una ricetta: istruzioni semplici, ma basta seguirle alla lettera, per fare cose ingegnose e complesse. Trovi l’informazione che cercavi o scopri il film che, senza saperlo, desideravi vedere. Ogni algoritmo nasce per risolvere un problema. La sfida degli informatici è trovare soluzioni ingegnose ed efficienti, da esprimere come algoritmi e da tradurre poi in un linguaggio di programmazione. Il coding, «scrivere codice», vuol dire proprio questo: sapere tradurre i passi dell’algoritmo in codice, cioè nei linguaggi che i computer comprendono. E questo è il pensiero computazionale: il processo che va dalla formulazione del problema all’esecuzione del programma, attraverso la definizione dell’algoritmo.

Titoloni incauti ci parlano del gene della timidezza, dell'intelligenza, della prosperità, ma perfino un carattere semplice come il colore degli occhi è influenzato da almeno una ventina di geni; e non basta individuare una variante del DNA per sapere che cosa sarà scritto su una cartella clinica fra un anno o fra dieci. Abbiamo sottovalutato i comprimari? Molecole che si attaccano e si staccano dal DNA; regolatori che accelerano o bloccano l'attività dei geni; zuccheri e grassi che "decorano" quasi ogni superficie biologica. Per non dire dei miliardi di microbi che albergano nel nostro corpo, e del mondo là fuori. Trascurando tutto questo, è facile farsi un'idea esagerata del potere dei geni e del destino di chi li porta. È impervia l'esplorazione della vita che sfugge al controllo dei geni: scarsi gli automatismi, ci si muove da artigiani goffi su impalcature disagevoli, da cui si intravedono però panorami che ampliano l'orizzonte biologico oltre la genetica.

Le biotecnologie sono tra noi e non se ne vanno. Con equilibrio fra il facile entusiasmo e il rifiuto a priori, conoscerle conviene. Sono attività umane che modificano un organismo biologico, il più delle volte nel suo DNA. Nascono così gli OGM che vanno ben oltre i cibi geneticamente modificati. Comprendono batteri "spugne" che assorbono il mercurio e altri metalli pesanti nell'ambiente; piante che producono farmaci; virus disarmati che introducono pezzi di DNA curativo in cellule malate. Gli ottimisti che nelle biotecnologie vedono la possibilità di migliorare la nostra vita scopriranno in questo libro che cosa è possibile fare e che cosa non lo è ancora. I pessimisti che vi sentono una minaccia per la natura e l'umanità troveranno il modo di confrontare le proprie opinioni e soprattutto di tranquillizzarsi - i mostri evocati non esistono.

Fra il mondo dei fisici, fatto di nuclei e di quark, e il mondo degli esseri viventi che affascina i biologi, si trova il mondo dei chimici. È qui, fra atomi, ioni, molecole, che la chimica dà forma all'infrastruttura del nostro mondo. La chimica spiega l'odore del caffè e il colore delle foglie in autunno. Appartengono al suo regno i materiali che usiamo e quelli con cui ci vestiamo; i cibi che cuociono e il carburante che brucia per riscaldare le nostre case; le reazioni che avvengono dentro le cellule, i farmaci e le tinte per colorare i capelli. Peter Atkins racconta come la chimica ha trasformato il nostro mondo: per esempio con le plastiche, i semiconduttori e i chip di silicio che hanno riempito di oggetti il nostro moderno modo di vivere. Il rovescio della medaglia? L'inquinamento e l'aumento dell'entropia. Ma è la chimica stessa a offrire soluzioni.

Di cambiamento climatico si sente parlare quasi tutti i giorni, ma il dibattito spesso genera confusione, invece di chiarire che cosa realmente si sa sull'evoluzione del clima. In questo libro i maggiori esperti internazionali riassumono i risultati di decenni di studi scientifici con onestà, rigore e un linguaggio comprensibile a tutti. È veramente in atto un riscaldamento globale? E davvero siamo noi a provocarlo? La risposta in entrambi i casi è sì, e qui troverete i dati che lo dimostrano. Ma quali saranno le conseguenze pratiche del cambiamento del clima? E che cosa possiamo fare per arginarlo? A queste domande gli scienziati per ora possono dare soltanto risposte parziali, ma è importante conoscerle per scegliere in modo informato le strategie per il nostro futuro.

Per molti di noi qualsiasi problema a base di numeri è ostico per definizione. Ma per un matematico, la parola difficoltà ha un significato diverso: anche con l'aiuto dei più potenti computer può essere impossibile trovare la soluzione di un Sudoku, risolvere l'enigma del commesso viaggiatore o scomporre un numero nei suoi fattori primi. Lo studio di questi problemi difficili oggi è una frontiera della ricerca, e ad affrontarla c'è un'inedita alleanza tra scienziati: matematici, informatici ed esperti dei cosiddetti sistemi complessi, che violano le leggi classiche della fisica, come i vetri o le calamite "disordinate". È una storia che inizia con l'antico "problema di Didone", passa per la decifrazione dei messaggi segreti nazisti e porta fino all'uso della crittografia per fare acquisti su Internet. Ed è un'introduzione accessibile e divertente alla matematica dei celebri problemi del millennio ancora irrisolti, per la cui soluzione è in palio un premio milionario.

I virus sono dappertutto: ogni giorno ne assorbiamo milioni, respirando e mangiando, e portiamo perfino antiche tracce virali nel nostro stesso genoma. Sperimentiamo da migliaia di anni i danni che i virus provocano alla salute, ma ancora non sappiamo rispondere del tutto a domande fondamentali come: i virus sono organismi viventi? Da dove vengono? Come ne nascono di nuovi? In un mondo sempre più affollato, mobile e veloce, i virus hanno tante opportunità per infettarci. Epidemie come l'AIDS, l'influenza, ebola o la SARS preoccupano gli esperti di salute pubblica e di bioterrorismo: è una minaccia reale o un'esagerazione dei media? Anche se i virus ci fanno paura, in molti casi abbiamo imparato a difenderci grazie a farmaci e vaccini che interferiscono con il loro ciclo vitale. Ma se vogliamo che per i virus sia più difficile infettare animali ed esseri umani, dobbiamo limitare l'impatto delle nostre attività sull'ambiente.