Scienziate che avrebbero dovuto vincere il Premio Nobel: Marietta Blau (1894-1970)

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Rinaldo Cervellati

I am taking the liberty of drawing your attention to a case close to my heart. Since three years my colleague, the physicist Dr. Marietta Blau, lives in Mexico City…I know Miss Blau as a very capable experimental physicist who could render valuable service to your country.“

Albert Einstein

(parte della lettera scritta da Einstein al Ministro dell’Educazione del Messico nel 1941)

Chi è stata e cosa ha fatto dunque Marietta Blau? Nasce a Vienna il 29 aprile 1894 da Mayer (Marcus) Blau e  Florentine Goldzweig Blau, una famiglia ebrea benestante. Suo padre, famoso avvocato ed editore musicale attivamente impegnato nei circoli culturali della Vienna di fine secolo, promosse la sua educazione. Dopo aver ottenuto con distinzione il diploma di maturità dal liceo femminile gestito dall’Associazione per l’Educazione Estesa delle Donne, Marietta studiò fisica e matematica all’Università di Vienna dal 1914 al 1918; ottenne quindi il dottorato nel marzo del 1919 discutendo una tesi sui raggi gamma.

Marietta Blau

Dal momento che le opportunità di lavoro accademico in fisica erano molto scarse per le donne, si rivolse all’industria. Nel 1921 si trasferì a Berlino per lavorare presso un produttore di tubi a raggi X. Rinunciò a questa posto per diventare assistente presso l’Istituto di Fisica Medica dell’Università di Francoforte sul Meno. Questa fu l’occasione per Blau di lavorare in fisica medica, istruendo i medici sulle basi teoriche e pratiche della radiologia e di pubblicare articoli di ricerca nel settore. Entrambe queste attività si sarebbero dimostrate importanti più avanti nella sua carriera quando si occupò di radioterapia dei tumori e lavorò ad applicazioni pratiche di dispositivi di conteggio che utilizzavano sostanze radioattive, progettati da lei stessa.

Dal 1923 lavorò come ricercatore non retribuito presso l’Istituto per la Ricerca sul Radio dell’Accademia delle scienze austriaca a Vienna. Tra il 1923 e il 1937, Blau contribuì ad ogni aspetto essenziale della fisica delle emulsioni. Nel 1925 riuscì a distinguere le tracce di particelle alfa, protoni veloci ed eventi fondamentali in emulsioni commerciali, e nel 1927 determinò le energie dei protoni misurando le distanze fra le loro collisioni e i microscopici grani delle emulsioni. Per registrare le lunghe tracce di protoni veloci in modo più accurato, convinse il produttore cinematografico britannico Ilford a addensare le emulsioni usate nei suoi film, sperimentando ogni altro parametro: granulometria, ritenzione delle immagini latenti, condizioni di sviluppo ecc., al fine di migliorare la visibilità delle tracce lasciate da particelle alfa e protoni veloci.

Blau in laboratorio

A partire dal 1932, Blau e la sua assistente Hertha Wambacher determinarono le energie dei neutroni misurando le tracce dei protoni di rinculo in emulsioni contenenti sostanze grasse ricche di idrogeno; nel 1936 iniziarono ad usare emulsioni per studi quantitativi sui raggi cosmici esponendo pile di lastre fotografiche per diversi mesi ad un’altitudine di 2300 metri. Come previsto, registrarono le tracce di protoni e neutroni extraterrestri, ma con loro sorpresa scoprirono anche diverse “stelle di disintegrazione”, che potevano essersi formate solo da particelle cosmiche che disintegravano i nuclei pesanti nell’emulsione.

Questa scoperta suscitò scalpore tra i fisici nucleari e dei raggi cosmici di tutto il mondo poiché dimostrava che la tecnica delle emulsioni aveva raggiunto caratteristiche tali da permettere la registrazione di rari eventi nucleari ad alta energia, aprendo così la strada a ulteriori ricerche in fisica delle particelle. Per questo lavoro, Marietta Blau e Hertha Wambacher ricevettero il premio Lieben dell’Accademia delle scienze austriaca nel 1937.

Negli anni 1932-33 frequentò, con una borsa di ricerca dell’Associazione Austriaca delle Donne Universitarie, l’Istituto del Radio di Marie Curie a Parigi e il Centro di Ricerche di Göttingen.

Blau chiese diverse volte di diventare un membro regolare, stipendiato dell’Istituto di Ricerca, ma la sua domanda fu sempre rifiutata con la solita risposta: “Sai, sei una donna e una ebrea, le due cose insieme lo rendono impossibile”. Quindi per poter continuare a fare ricerca, Marietta Blau dipese dalla sua famiglia per il sostegno finanziario.

A causa della sua discendenza ebrea, Blau dovette lasciare l’Austria nel 1938 dopo l’annessione del paese alla Germania nazista, fatto che causò ovviamente un’interruzione della sua carriera scientifica. Si recò prima ad Oslo, poi grazie anche all’intercessione di Einstein, ottenne una posto di docente all’Instituto Politécnico Nacional di Città del Messico e successivamente all’Università di Vasco de Quiroga. Tuttavia, nell’economicamente disastrato Messico non aveva quasi nessuna possibilità di continuare la sua ricerca.

Nel 1944 riuscì a trasferirsi negli Stati Uniti, dove lavorò nell’industria fino al 1948, in seguito alla Columbia University, al Brookhaven National Laboratory e all’Università di Miami, fino al 1960. In queste istituzioni, è stata responsabile dell’applicazione del metodo fotografico per il rilevamento delle particelle in esperimenti con gli acceleratori di particelle ad alta energia.

Marietta Blau negli USA

Di solito Marietta era descritta come una persona ritirata ed estremamente modesta, che non cercava consensi e evitava la pubblicità. Solo in discussioni e discorsi scientifici perdeva la sua timidezza.

Fu nominata da Erwin Schrödinger (due volte) e Hans Thirring per il premio Nobel.

Nel 1950 il Nobel per la Fisica fu assegnato a Cecil Franck Powell con la motivazione: “per il suo sviluppo del metodo fotografico di studio dei processi nucleari e le sue scoperte riguardanti i mesoni fatta con questo metodo”. Ma Powell, come tutti gli altri ricercatori del settore, iniziò a utilizzare il film fotografico solo nel 1938 dopo che furono riconosciuti i vantaggi del metodo dell’emulsione. Sicchè anche la scoperta del pione di Powell era basata sui lavori di Marietta Blau. Quindi lei avrebbe dovuto essere inclusa, ma il suo nome non fu nemmeno menzionato da Powell.

A questo proposito Ruth Lewin Sime, scrive [1]:

Nel considerare la storia del 20° secolo, bisogna essere attenti agli effetti della persecuzione razziale e dell’emigrazione forzata sull’attribuzione e il riconoscimento del lavoro scientifico. Blau, in quanto ebrea, fu costretta ad abbandonare l’Austria nel 1938. Per 10 anni trascorse una fragile esistenza come rifugiata a Oslo, in Norvegia; Città del Messico, e New York, impossibilitata a perseguire la propria ricerca. Nel frattempo, a Vienna, i suoi ex soci, tutti i nazisti ferventi (inclusa Wambacher), espropriarono il suo lavoro e soppressero il suo nome.

L’emarginazione di Blau è evidente nel processo decisionale per il conferimento del premio Nobel per la fisica nel 1950 a Powell… Sebbene il Premio Nobel del 1936 per Victor Hess e Carl Anderson fornisse un precedente per dividere il premio tra una fondamentale scoperta iniziale e una che venne dopo, è evidente che le donne non erano obiettivamente considerate,…. la documentazione mostra che il comitato di fisica per il Nobel preparò una valutazione sfacciatamente inesatta che ha negato l’importanza e la priorità del lavoro di Blaue e Wambacher.

 

La necessità di un’operazione agli occhi, che non poteva permettersi negli Stati Uniti, riportò Marietta a Vienna nel 1960, dove lei, ancora una volta non pagata, diresse un gruppo di ricerca presso l’Institute for Radium Research.

Nonostante la sua precaria situazione finanziaria rifiutò di accettare una pensione offerta da Ilford e Agfa, che avrebbero desiderato contraccambiare il suo contributo allo sviluppo di emulsioni fotografiche.

Nel 1962 ottenne il premio Erwin Schrödinger dall’Accademia Austriaca delle Scienze, che però allo stesso tempo rifiutò di ammetterla come membro corrispondente.

Gravemente malata, presumibilmente a causa della frequente esposizione alla radioattività, Marietta Blau è morta nel 1970 nel reparto di terapia intensiva di un ospedale di Vienna. Come persona da contattare aveva indicato il custode del suo condominio.

Nessuna rivista scientifica ha pubblicato un necrologio dopo la sua morte.

Marietta Blau is the most tragic figure in the history around cosmic rays. Her life and her work were characterised by adversity and backlashes, yet her achievements and the results of her work excel those of many others, who were awarded the Nobel Prize in context with cosmic rays.

Georg Federmann

 

Siti consultati

Maria Rentetzi, Marietta Blau (1894-1970) ENCYCLOPEDIA https://jwa.org/encyclopedia/article/blau-marietta

R.L. Sime, https://www.academia.edu/4280335/Marietta_Blau_Pioneer_of_Photographic_Nuclear_Emulsions_and_Particle_Physics

  1. Rahmatian, Unlearned Lessons http://www.unless-women.eu/biography-details/items/blau.html

Bibliografia

[1] Ruth Lewin Sime , Marietta Blau in the history of cosmic rays., Physics Today, 2012, 65, 8.

https://physicstoday.scitation.org/doi/pdf/10.1063/PT.3.1728

Cambiamenti climatici: influenza sui cicli vitali delle piante

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Rinaldo Cervellati

Sul numero del 22 marzo di NUTRAIngredients-Botanicals and Herbals, una newsletter di notizie e analisi su integratori, salute e nutrizione, Stephen Daniells ha pubblicato una analisi dettagliata sugli effetti dei cambiamenti climatici sui cicli vitali delle piante, intitolata The erosion of predictability: Climate Change and the botanical supply chain (L’erosione della prevedibilità: cambiamenti climatici e catena di approvvigionamento botanico)[1].

L’autore intende mostrare che i cambiamenti climatici hanno influenzato in modo significativo i tempi di fioritura, fruttificazione e raccolta, nonché le interruzioni della sincronizzazione fra le piante e i loro insetti impollinatori, influenzando la filiera botanica per cui le aziende sono chiamate a reagire in tempi brevi.

Daniells prende in esame soprattutto le piante utilizzate nelle medicine tradizionali orientali che rivestono una sempre maggior attenzione in erboristeria ma non solo. Sono riportati brani di interviste a esponenti delle principali aziende che forniscono prodotti erboristici. Data l’attualità dell’argomento ci è sembrato opportuno fornire ai nostri followers un ampio stralcio del lavoro di Daniells, oltre che qualche commento.

Vale la pena ricordare anzitutto che la medicina erboristica ha basi scientifiche tanto che anche in Italia sono da anni attivi corsi di laurea in Erboristeria o similari in varie Università[2]. Non va quindi confusa con l’omeopatia che al contrario non ha attualmente alcuna base scientifica.

L’articolo inizia ricordando che nel 2008 Mr. Josef Brinckmann[3], Vice Presidente per Ricerca & Sviluppo della Traditional Medicinals Inc., mentre cercava di stabilire un nuovo sito di produzione della Schisandra sphenanthera, una pianta molto usata nella medicina tradizionale cinese (nanwuweizi), fu informato dagli anziani del luogo che il tempo di raccolta delle bacche era stato “da sempre” fra metà settembre e i primi di ottobre. Però negli ultimi dieci anni, i periodi di fioritura e fruttificazione erano stati ogni anno radicalmente diversi.

Le modifiche al raccolto della Schisandra sono solo un esempio, ha detto Brinckmann, afferma infatti che in generale la prevedibilità su quando è possibile stabilire il raccolto è diminuita sensibilmente dappertutto”. “Ci sono eventi che stanno avendo un impatto sui periodi di fioritura e fruttificazione e così su quando sarà possibile il raccolto”, ha detto Brinckmann.

Josef Brinckmann

Questo sta accadendo ovunque io vada. Penso che se si parla con agricoltori in tutto il mondo, si sentirebbero storie simili – e non si tratta necessariamente di piante medicinali, può trattarsi di colture alimentari”.

“E non è solo l’imprevedibilità del tempo, è la scala e la frequenza di eventi meteorologici di grandi dimensioni che possono causare il fallimento totale del raccolto”.

Daniells ci informa che uno dei primi, se non il primo articolo a esplorare l’impatto dei cambiamenti climatici sulle piante medicinali e aromatiche è stato pubblicato su HerbalGram[4] nel 2009 [1]. Il dettagliato articolo ha investigato molti aspetti del cambiamento climatico, incluso l’impatto su ecosistemi specifici, come le regioni artiche e alpine.

Le piante alpine sono in pericolo perché il loro ambiente di nicchia diventa più caldo di qualche grado e le piante non sono in grado di scalare la montagna per raggiungere le temperature più basse alle quali sono abituate. Il loto di neve (Saussurea laniceps) del Tibet è un altro esempio “, ha dichiarato Mark Blumenthal, direttore esecutivo dell’American Botanical Council e redattore/ editore di HerbalGram.

Un’altra pianta himalayana interessata è la Picrorhiza karroa (kutki), che cresce a un’altitudine da 3500 a 4800 m sul livello del mare”, spiega Shaheen Majeed, presidente della Sabinsa Corporation, una multinazionale della nutraceutica. “Queste aree hanno una nicchia climatica specifica in cui queste piante possono prosperare”. Continua Majeed: “Ora però, a causa della variazione delle condizioni climatiche, principalmente l’aumento della temperatura, la crescita di altre piante, in prevalenza infestanti, è aumentata in quelle zone. Queste erbe infestanti soffocano la crescita delle piante kutki distruggendo in tal modo il loro habitat”.

Negli ultimi cinque anni abbiamo trovato molto difficile trovare l’arnica (Arnica montana, Arnica cordifolia)”, ha affermato Beth Lambert, direttore esecutivo di Herborist & Alchemist, una azienda produttrice e distributrice di prodotti erboristici. “Le persone la sostituivano con una versione messicana (Heterotheca inuloides), che non è nemmeno della stessa famiglia.

Beth Lambert

Dal punto di vista aziendale, abbiamo avuto più sfide nell’approvvigionamento di materie prime negli ultimi cinque anni rispetto a quante ne avessimo avuto nei precedenti 30”, ha osservato David Winston, fondatore e Presidente di Herbalist & Alchemist . “Abbiamo avuto siccità, inondazioni e problemi con gelate precoci e gelate tardive. Questi modelli erratici, creano problemi significativi a molte piante.”

Spiega Winston: “Il cambiamento climatico colpisce il suolo e quindi colpisce la crescita dei funghi nel terreno (e tutte le piante possono avere una qualche forma di simbiosi micotica), l’aumento di calore e umidità fa aumentare il rischio di molte malattie delle piante.

David Winston

Dopo che la siccità ha avuto un impatto significativo sul raccolto del Palmetto nel 2007, ad esempio, i 10 anni successivi hanno visto sempre più piogge durante il periodo di fioritura e fruttificazione”, ha affermato Steven Foster, erborista, autore, fotografo e membro del Board of Trustees dell’American Botanical Council (ABC). “Questo ha influito sul raccolto perché le condizioni umide favoriscono la crescita di un fungo specifico che fa maturare prematuramente il frutto”.

I cambiamenti climatici hanno anche ripercussioni sulla popolazione degli insetti, con alcune specie dannose che espandono il loro raggio d’azione o aumentano in modo spropositato.

Per far fronte al problema si è pensato di ricorrere all’uso di erbicidi, fungicidi e pesticidi. Ciò però aumentava il rischio di immettere nel mercato prodotti con un elevato carico chimico.

Un esempio di ciò è un’erba cinese chiamata Tienqi ginseng (Panax notoginseng), ha dichiarato Beth Lambert, direttore esecutivo di Herborist & Alchemist . “Producevamo prodotti con Tienqi ginseng perché è un’erba incredibile, ma abbiamo smesso di usarla perché continuando a testarli abbiamo scoperto che non potevano soddisfare le specifiche richieste per pesticidi ed erbicidi” .

Sostiene David Winston: “Il cambiamento climatico sta influenzando anche la composizione fitochimica delle piante. Alcuni stress sono importanti per la maggior parte delle piante perché la produzione dei metaboliti secondari è fondamentalmente innescata dallo stress. Ad esempio, se si coltiva l’erba gatta (Nepeta cataria) in un ambiente povero di pioggia, aumenta il livello di monoterpeni contenuti nell’olio essenziale, usato dalla pianta per combattere lo stress, a spese di una pianta più piccola ma con un livello di monoterpeni più alto.”

Ma i cambiamenti climatici provocano periodi di siccità troppo lunghi e anche supponendo di poter mantenere la pianta viva, l’effetto sarà opposto, perchè la qualità e la chimica della pianta cambieranno drasticamente”.

Un altro esempio è una pianta chiamata Yellow Dock (Rumex crispus), che viene tradizionalmente raccolta durante la siccità della tarda estate. Dice Winston:

Vorresti raccogliere questa pianta dove è stato asciutto per preferibilmente da cinque a sette giorni perché il livello dei componenti nella radice è molto più alto. D’altra parte, la scorsa estate abbiamo avuto un agosto veramente umido e le radici contenevano molta più acqua e quantità minori di componenti attivi. Invece di essere giallo brillante, la radice era giallo pallido, segno di mutazioni fitochimiche.”

“In Cina, moltissime persone hanno notato un cambiamento nel gusto del tè, presumibilmente dovuto a variazioni nel profilo fitochimico della pianta, un indicatore di cambiamento delle proprietà nutrizionali e dell’attività farmacologica”, ha detto Blumenthal dell’ABC. Un articolo del 2014 su HerbalGram [2] ha esplorato l’impatto del cambiamento climatico sul gusto del tè in Cina, concludendo che se i cambiamenti climatici stanno interessando il tè può essere che interessino anche la fitochimica di altre piante.”

Raccolta del tè in una piantagione del Kenya

Josef Brinckmann, della Traditional Medicinals, afferma che l ‘”erosione della prevedibilità” e il conseguente aumento di incertezza stanno cambiando il modo in cui le aziende si approvvigionano di materie prime, ma fa esplicitamente riferimento anche alla geopolitica.

È sempre stato saggio spalmare il rischio nella catena di rifornimento, dice Brinckmann, e negli ultimi 10 anni abbiamo dovuto implementare attivamente la nostra politica di spread risking, in modo da avere due, se non tre o quattro basi di produzione che si trovano in distinti ambiti agro-climatici e geopolitici”, spiega Brinckmann. “Tener conto di entrambi gli aspetti è importante perché l’altro fenomeno cui abbiamo assistito negli ultimi dieci anni è che disordini e rivoluzioni sono causa di interruzione degli scambi”

“La camomilla è un buon esempio. La pianta cresce spontaneamente nella Repubblica Ceca, in Slovacchia, Ungheria e Polonia. La coltivazione si estende in Germania, poi in Croazia e attraverso il Mediterraneo fino all’Italia, alla Grecia e all’Egitto.

L’Egitto è un paese importante per i medicinali tradizionali, ma l’offerta è stata influenzata da eventi sia climatici che geopolitici.”

“L’anno precedente la primavera araba del 2011, racconta Brinckmann, c’era stato un grosso problema con la camomilla egiziana perché durante il periodo di fioritura aveva nevicato. “La gente diceva, ‘non è mai successo prima’. Purtroppo questo fenomeno ha arrestato la crescita dei fiori e ha cambiato la composizione chimica, quindi la qualità e la quantità dell’olio essenziale erano diverse dal solito. I rendimenti erano più bassi. E poi l’anno successivo è scoppiata la rivoluzione “.

“La nostra azienda è in attività da 44 anni, ha aggiunto Brinckmann, “Abbiamo realizzato decenni fa che il metodo per ottenere un’uniformità da lotto a lotto e di dimostrarlo scientificamente, è di avere buoni rapporti con i produttori delle materie prime in modo da selezionarle avvicinandole il più possibile per qualità a quelle all’anno precedente. I cambiamenti climatici stanno però rendendo questo obiettivo sempre più complicato da raggiungere. Dobbiamo lavorare sempre più duramente con i nostri partner per ampliare le nostre basi di produzione mantenendo nel contempo i requisiti di qualità, con materie prime equivalenti da almeno due diverse zone agro-climatiche e geopolitiche. Non è una impresa facile, ma è quello che stiamo facendo, ha concluso Brinckmann.

L’azienda Herborist and Alchemist punta invece all’utilizzo, se possibile, di materiale vegetale di provenienza USA, puntando però all’estensione del proprio approvvigionamento considerando lotti di più coltivatori, così che se il raccolto da una certa area sarà scarso, se ne potrà ottenere una quantità maggiore da un’altra.”Stiamo realizzando che dobbiamo fare sempre di più”, ha detto Beth Lambert. “Non possiamo dipendere da un solo agricoltore o gruppo di raccoglitori per il nostro approvvigionamento.” Nel Vermont un gruppo di coltivatori si è costituito in cooperativa, la Vermont Herb Growers Cooperative fondata per fornire un’unica, affidabile fonte di erbe di alta qualità e certificate biologicamente provenienti da coltivazioni diversificate su piccola scala nello Stato. “La H&A che inizialmente acquistava da alcuni di questi coltivatori individualmente ora si rivolge principalmente alla cooperativa ritenendola un ottimo modello per garantire l’acquisto di materie prime basate su un adeguato equilibrio fra tecnologia agricola e rispetto per la qualità del prodotto”, ha affermato Lambert.

Infine, Shaheen Majeed, Presidente della multinazionale Sabinsa Corporation, dopo aver affermato: Stiamo affrontando la più grande sfida ambientale che la nostra generazione abbia mai visto. Non importa ciò che ci appassiona, qualcosa a cui teniamo molto sarà influenzata dal cambiamento climatico.

Shaheen Majeed

Preferisce piuttosto citare alcuni esempi di importanti piante officinali che nell’esperienza di Sabinsa Corp. saranno colpite dal cambiamento climatico.

Curcuma. La normale stagione di semina per la curcuma è durante maggio, con l’arrivo delle piogge iniziali, ma se i cambiamenti climatici faranno ritardare le piogge iniziali, la semina dovrà essere spostata in avanti. Se anche questa estate sarà secca come quella dell’anno precedente, ciò significherà una minore quantità di acqua a disposizione.

Ci vogliono otto mesi perché la curcuma raggiunga la piena crescita e quindi inizi il raccolto. Se a causa delle mutate condizioni climatiche non viene raggiunta la piena crescita delle piante, avremo un minor rendimento e una minor qualità del prodotto.

Menta indiana (Coleus). Normalmente la stagione di semina per Coleus va da settembre a ottobre, quando ci sono piogge intermittenti. Quest’anno (2017-18) ci sono state forti piogge nelle aree di coltivazione tradizionali. Ciò ha reso impossibile piantare durante la stagione normale spostandola a novembre – dicembre, e anche a gennaio in alcuni casi. Il periodo di crescita della pianta è di sei mesi con inizio raccolto in marzo, ma a causa del cambiamento climatico le colture non saranno pronte per la raccolta fino a maggio – giugno, con conseguente indisponibilità di materia prima da marzo a luglio. Inoltre quantità e qualità del raccolto saranno scarse causa dell’alterato periodo di crescita.

Per i cambiamenti anzidetti alle stagioni di crescita delle colture nel corso degli anni dovute al cambiamento climatico, le aree tradizionali sono diventate inadatte alla coltivazione. Passare a nuove aree significa nuovi agricoltori e nuove condizioni sul campo. Ciò avrà un impatto sulla quantità e sulla qualità della materia prima prodotta.

Bacopa (pianta acquatica, fam. Scrophulariaceae). Le condizioni migliori per la coltivazione sono terre paludose con abbondante acqua ma il cambiamento climatico riduce la disponibilità di acqua in alcune aree e queste terre paludose si convertono lentamente in terre asciutte. La pianta è usata nella medicina ayurvedica per i disturbi della memoria. E’ di aiuto anche in problemi digestivi. Piante come la Bacopa che di solito prosperano bene nelle condizioni paludose verranno lentamente sostituite con altre piante che possono prosperare meglio nelle mutate condizioni.

Tutti gli esponenti intervistati riconoscono gli avvenuti cambiamenti climatici e i loro effetti sulla coltivazione e anche sul profilo fitochimico di importanti piante officinali, ma non viene mai nominata esplicitamente la probabile causa di questi effetti, il global warming o riscaldamento globale. Eppure implicitamente si parla di aumento della temperatura in alta montagna, di siccità o piovosità eccessive o fuori stagione in zone del Pianeta in passato regolari da questo punto di vista, insomma a fenomeni riconducibili al riscaldamento globale. Poiché questi personaggi sono americani o naturalizzati e l’attuale Presidente USA è un dichiarato negazionista, non ci sarà un certo timore a nominare financo la parola? Oppure essi non ritengono che il global warning sia la causa dei comunque riconosciuti cambiamenti climatici? Le proposte emerse per contrastare questi effetti sembrerebbero dar credito alla seconda ipotesi: dall’individuazione di zone alternative per le coltivazioni in pericolo fino alla sostituzione con altre piante.

Eppure, in particolare i segnali su variazioni del profilo fitochimico dovrebbero far suonare un insistente campanello d’allarme. La maggior parte dei principi attivi contenuti nei rimedi erboristici sono infatti metaboliti secondari delle piante. Fra i primi a chiedersi a cosa servissero questi composti chimici prodotti dalle piante vorrei ricordare le ricerche di Giacomo Ciamician[5] e del suo collaboratore Ciro Ravenna. Essi, dopo numerose ricerche giunsero alla conclusione che gli alcaloidi esercitavano una funzione molto simile a quella degli ormoni negli animali [3].

Oggi è noto che polifenoli e loro glicosidi (potenti antiossidanti contenuti e reclamizzati negli integratori alimentari), svolgono nelle piante principalmente un ruolo di difesa. Non solo difesa da parassiti animali e vegetali ma anche dalle condizioni ambientali in cui una determinata specie è abituata a crescere. Per esempio un glicoside della cianidina, il pigmento caratteristico delle arance rosse di Sicilia servirebbe alla pianta per sopportare le escursioni termiche fra il dì e la notte caratteristiche della zona vulcanica di crescita di quella varietà di agrumi [4].

Quindi, le variazioni di profili fitochimici consolidati in decine se non centinaia di migliaia di anni dovrebbero far pensare che i cambiamenti climatici siano a loro volta effetti di una causa che viene generalmente chiamata global warming, effetto a sua volta causato dall’epoca attuale, caratterizzata dalle attività dell’uomo che stanno cambiando la geomorfologia del Pianeta.

Allora, le misure da prendere nei tempi brevi per fermare il fenomeno sono la drastica riduzione delle emissioni, i programmi di risparmio energetico, la sostenibilità delle produzioni e l’impulso alla ricerca sull’utilizzo delle “energie rinnovabili”.

Bibliografia

[1] C. Cavaliere, The Effects of Climate Change on Medicinal and Aromatic Plants., HerbalGram, 2009, 81, 44-57.  http://cms.herbalgram.org/herbalgram/issue81/article3379.html?ts=1522770451&signature=f321feb52f87b18f2c564acad28968a

[2] S. Ahmed, Tea and the Taste of Climate Change: Understanding Impacts of Environmental Variation on Botanical Quality., HerbalGram, 2014, 103, 44-51.

http://cms.herbalgram.org/herbalgram/issue103/HG103-feat-teaclimate.html?ts=1522856019&signature=1146c4bfb2da34647434bc997e1eb715

[3] R. Cervellati, V. Saiola, E. Greco, Le ricerche di Giacomo Ciamician sulla chimica delle piante. Atti del XIV Convegno Nazionale di Storia e Fondamenti della Chimica, Rendic. Acad. Naz. Sci. Detta dei XL, DOI: 10.4399/978885485146710, pp. 123-136.

http://media.accademiaxl.it/memorie/S5-VXXXV-P2-2011/Cervellati-Saiola-Greco123-137.pdf

[4] Arancia rossa. https://www.cibo360.it/alimentazione/cibi/frutta/arancia_rossa_sicilia.htm

[1] L’articolo in lingua originale si trova al sito

https://www.nutraingredients.com/Article/2018/03/22/The-erosion-of-predictability-Climate-change-and-the-botanical-supply-chain?utm_source=newsletter_product&utm_medium=email&utm_campaign=02-Apr-2018&c=Ys8M3ElSTSw9q7Z2fptn3A%3D%3D&p2=

[2] Va ricordato che esiste una disciplina specifica, la farmacognosia che si occupa delle proprietà fisiche, chimiche, biochimiche e biologiche di farmaci o sostanze medicinali di origine vegetale. Inoltre,  l’Organizzazione Mondiale della Sanità è impegnata a promuovere e valorizzare su basi scientifiche l’uso dei rimedi naturali derivati da piante medicinali ancora largamente usate nei PVS (si stima infatti che l’85% della popolazione mondiale ricorra all’uso della medicina tradizionale per la prevenzione/cura di diverse patologie).

[3] Josef Brinckmann è Vice Presidente alla Sostenibilità della Traditional Medicinals, Inc., USA, dal 19 aprile 2016. Brinckmann ha ricoperto la carica di Vice Presidente per Ricerca & Sviluppo presso Traditional Medicinals, Inc. fino al 19 aprile 2016. Mr. Brinckmann è Membro del comitato consultivo editoriale del Nutrition Business Journal.

[4] HerbalGram è il Journal of the American Botanical Council.

[5] Giacomo Ciamician (1857-1922), Professore di Chimica Generale nell’Università di Bologna dal 1889 fino alla scomparsa è considerato il fondatore della fotochimica moderna, collaborò al progetto dell’edificio dell’Istituto di Chimica dell’Università di Bologna che oggi ospita il Dipartimento a lui intitolato. Si è occupato attivamente della sintesi di prodotti organici naturali. Oltre a essere uno dei fondatori della fotochimica moderna, Giacomo Ciamician è considerato anche il precursore dell’utilizzo pratico dell’energia solare.

Scienziate che avrebbero potuto vincere il Premio Nobel: Marguerite Perey (1909-1975 )

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Rinaldo Cervellati

Marguerite Perey ha scoperto l’elemento chimico francio nel 1939. Il Francio, numero atomico 87, è stato l’ultimo elemento scoperto in natura. Tutti gli elementi identificati successivamente sono stati prodotti artificialmente in laboratorio.

Marguerite Perey nasce il 19 ottobre 1909 a Villemoble una cittadina poco fuori Parigi situata vicino all’Istituto del Radio di Marie Curie. E’ la figlia più piccola di un proprietario di un mulino e di una casalinga. Da ragazza vorrebbe seguire gli studi per frequentare poi la facoltà di medicina, ma l’improvvisa morte del padre lasciò la famiglia in difficoltà finanziarie tanto che la madre si vide costretta a impartire lezioni private di pianoforte per tirare avanti. Marguerite frequentò allora un istituto professionale per tecnici chimici, diplomandosi con il massimo dei voti.

Marguerite Perey

L’Istituto del Radio assumeva ricercatori e tecnici da tutto il mondo, Perey era una giovane ragazza del luogo risultata la più brava della sua classe e fu quindi chiamata per un colloquio nel 1928. Ecco come racconterà successivamente alla bisnipote il primo impatto con Maria Curie[1]:

Senza un suono, qualcuno entrò nella stanza come un’ombra. Era una donna vestita interamente di nero. Aveva i capelli grigi, raccolti in una crocchia, portava occhiali spessi e era di un estremo pallore. Trasmetteva un’impressione di estrema fragilità. Pensai che fosse una segretaria, poi mi resi conto di essere alla presenza proprio di Marie Curie.

A quei tempi Marie Curie era già una figura di grande spicco e impatto mediatico, quasi mistico: aveva isolato due nuovi elementi (polonio e radio), vinto due Premi Nobel, incontrato due presidenti USA, fondato l’Istituto del Radio insieme alla figlia Irène e al genero Frédéric Joliot, era chiamata Nostra Signora del Radio, perché le applicazioni medicali di questo elemento erano note al grande pubblico.

A Marguerite l’incontro fece quasi paura, disse[1]: Lasciai quella casa buia, persuasa che fosse per la prima e ultima volta. Tutto mi era sembrato malinconico e cupo e fui sollevata nel pensare che senza dubbio non sarei tornata.

Ma aveva torto, infatti diversi giorni dopo ricevette una lettera che le comunicava che era stata assunta. Fu subito messa a un lavoro di notevole impegno chimico, estrarre, concentrare e purificare le piccole quantità di attinio[1] contenute nella pechblenda, un minerale grezzo di uranio nel quale i Curie avevano in precedenza scoperto il polonio e poi il radio. Le quantità via via ottenute venivano quindi controllate da Curie che ne studiava e caratterizzava la radioattività. In questo lavoro Perey si dimostrò così abile che Curie la nominò sua personale assistente preparatore.

Marguerite Perey (seconda da sinistra) in laboratorio con la collega Sonia Cotelle nel 1930

Alla morte di Maria Curie, nel 1934, Perey continuò il lavoro sull’attinio sotto la supervisione di André Debierne e Irène Joliot-Curie e per le sue notevoli capacità di ricerca fu promossa al grado di radiochimico.

Nel 1935, a 26 anni, Perey lesse un articolo di ricercatori statunitensi che affermavano di aver rilevato particelle beta emesse dall’attinio. Perey sapeva tutto sull’attinio, forse meglio di chiunque altro al mondo, ci lavorava da sette anni. Pensò che i ricercatori americani probabilmente avevano torto sull’attinio come fonte di particelle beta con l’energia di decadimento riportata nell’articolo.

Sospettava che l’attinio stesse decadendo in un altro atomo responsabile dell’emissione beta con quella energia. Decise pertanto di preparare un campione di attinio ultra-puro e di studiarne le radiazioni prima che formasse altri prodotti di decadimento. Ciò era eccezionalmente difficile: il campione di attinio ultra-puro avrebbe dovuto essere preparato e la sua radiazione studiata in un brevissimo arco di tempo. Perey preparò il campione ultra-puro e fece la sua scoperta cruciale: una piccola frazione – circa l’1% – della radioattività totale dell’attinio proveniva dall’emissione di particelle alfa (nuclei di elio), non di particelle beta. Come noto una particella alfa è composta da 2 protoni e 2 neutroni. L’attinio è l’elemento 89 nella tavola periodica, il che significa che emettendo una particella alfa perde 2 protoni e diventa un atomo con 87 protoni, l’elemento 87.

Nel 1939 la casella 87 nella tavola periodica era ancora vuota. Sebbene si sospettasse che esistesse, nessuno era stato ancora in grado di trovarlo. Perey aveva scoperto un nuovo elemento! Il nuovo elemento si era formato dall’emissione alfa degli atomi di attinio.

Espulsione α e decadimento Attinio → Francio

Con 87 protoni il nuovo elemento apparteneva al gruppo 1 della tavola periodica, unendosi agli altri metalli alcalini: litio, sodio, potassio, rubidio e cesio. Perey chiamò Francio il nuovo elemento in onore del suo Paese di nascita [2].

Meno di 30 grammi di francio naturale sono presenti sulla Terra a ogni istante perché sebbene sia costantemente prodotto dal decadimento radioattivo dell’attinio, esso subisce costantemente un decadimento radioattivo nei suoi prodotti derivati. La sua emivita non è lunga, circa 22 minuti.

Perey sperava che il nuovo elemento sarebbe stato utile nei trattamenti contro il cancro, sfortunatamente avvenne proprio l’opposto.

Dopo essersi aggiunta all’ élite di scienziati che hanno scoperto un elemento chimico, Marguerite Perey si dedicò a ottenere un dottorato di ricerca alla prestigiosa Sorbona di Parigi. L’assegnazione di un dottorato di ricerca non era in dubbio, perché la tesi descriveva la sua scoperta di un nuovo elemento. Il problema era che non aveva abbastanza titoli di scuola superiore per essere ammessa alla Sorbona. La Sorbona si rifiutava di assegnare il dottorato di ricerca a persone prive dei requisiti di ingresso richiesti, anche se avevano scoperto un nuovo elemento!

Copertina della tesi di dottorato, 1946

Così, durante gli anni della seconda guerra mondiale, Perey trascorse del tempo seguendo corsi alla Sorbona per ottenere l’equivalente di un diploma B.S. Dopo averlo ottenuto, le fu assegnato il dottorato, che le fu conferito nel 1946.

Con il suo dottorato Perey divenne ricercatore senior presso l’Istituto del Radio. Ha continuato a lavorare lì fino a quando, nel 1949, a 40 anni, ottenne la cattedra di Chimica Nucleare presso l’Università di Strasburgo. È stata nominata capo del dipartimento di chimica nucleare di quella università dove ha continuato il suo lavoro sul francio. Ha fondato un laboratorio che nel 1958 è diventato Laboratory of Nuclear Chemistry nel Centre for Nuclear Research, di cui pure è stata direttore.

Il gruppo di ricerca all’Istituto del Radio. Sedute, da sinistra: M. Perey, L. Razet, I. Archinard e S. Cotelle. In piedi, da sinistra: A. Régnier, A. Yakimach, R. Grégoire, R. Galabert, T. Tcheng e Frédéric Joliot-Curie. Collezione Credit Musée Curie / ACJC

Ironia della sorte, sperava che il francio aiutasse a diagnosticare il cancro, ma in realtà era esso stesso cancerogeno e Perey sviluppò un cancro alle ossa che alla fine la uccise.

Dal 1950 al 1963, Perey ha fatto parte della Commissione sui Pesi Atomici.

Nel 1962 è stata la prima donna ad essere eletta all’Accademia delle Scienze francese, onore negato perfino a Marie Curie. Oltre a questa, ha ottenuto altre onoreficienze e premi fra cui il Premio Lavoisier della Società Chimica Francese, la medaglia di ufficiale della Legion d’Onore, il Premio Le Conte dell’Accademia Francese delle Scienze.

Marguerite Perey è morta a 65 anni il 13 maggio 1975. Come Marie Curie e molti altri scienziati che avevano lavorato presso l’ Istituto del Radio, morì per una malattia legata alle radiazioni. In effetti, il suo corpo è risultato essere insolitamente radioattivo. Dalla fine anni ’40 era stata determinante nell’introduzione di migliori misure di sicurezza nei laboratori sotto il suo controllo. Tristemente, era troppo tardi per salvarsi la vita, ma fu un salvavita per le future generazioni di scienziati nucleari.

Incredibilmente, all’estrema pericolosità dei radioisotopi fu inizialmente posta scarsa attenzione, anzi furono prese poche misure di sicurezza anche nelle applicazioni pratiche. La bisnipote di Marguerite Perey ricorda nella biografia della bisnonna [1], il caso delle lavoratrici della fabbrica statunitense Radium Corporation di Orange, N.J., che nel 1917 iniziò ad assumere giovani donne per dipingere i quadranti degli orologi con vernice radioluminescente. Alle ragazze fu detto che la vernice era innocua. Ma negli anni che seguirono, le donne cominciarono a soffrire di deterioramento fisico, accompagnato da anemia, necrosi e infine tumori. Il sensazionale caso giudiziario iniziato – e vinto – dalle moribonde Radium Girls, come venivano chiamate, è un punto di riferimento nella storia della medicina del lavoro. Ciò accadde nel 1928, quattro mesi prima che Marguerite Perey arrivasse all’Istituto Radium per iniziare una carriera di trent’anni di forte esposizione alle radiazioni.

Infine, va ricordato che Perey è stata candidata al Nobel cinque volte, nel 1952 il Comitato Nobel decise che i suoi studi sul francio valevano indubbiamente la pena di essere riconosciuti, ma non rientravano nell’importanza necessaria per un premio Nobel [3].

Ulteriori notizie biografiche su Marguerite Perey sono contenute in: Marguerite Perey.” Famous Scientists. famousscientists.org. 7 Dec. 2014 https://www.famousscientists.org/marguerite-perey/

Bibliografia

[1] V. Greenwood, My Great-Great-Aunt Discovered Francium. And It Killed Her., The New York Time Magazine, December. 3, 2014

https://www.nytimes.com/2014/12/07/magazine/my-great-great-aunt-discovered-francium-and-it-killed-her.html

[2] a) M.Perey, Sur un élément 87, dérivé de l’actinium., Comptes-rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, 1939, 208, 97. b) M. Perey, Francium: élément 87., Bulletin de la Société chimique de France, 1951, 18, 779. c) M. Perey, On the Descendants of Actinium K: 87Ac223., Journal de Physique et le Radium, 1956, 17, 545.

[3] E. Norrby, Nobel Prizes and Nature’s Surprises, World Scientific Publishing Co., Singapore, 2013.

[1] Elemento radioattivo scoperto nel 1899 da André-Louis Debierne (1874-1949) chimico francese, amico e collaboratore dei Curie.

ancora: Jean-Pierre Adloff†and George B. Kauffman, Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element  Chem. Educator 2005, 10, 387–394 387

Un enzima per la degradazione e riciclaggio del polietilene tereftalato (PET)

In evidenza

Rinaldo Cervellati.

La notizia è riportata da Melissae Fellet in uno speciale dell’ultimo numero di Chemistry & Engineering News on-line (28 febbraio 2018).

Ricercatori americani sono riusciti a inserire uno zucchero in un enzima batterico che potrebbe migliorarne la capacità di degradare il polietilene tereftalato (PET), favorirne il riciclo, evitando quindi che finisca in discarica (Abhijit N. Shirke et al., Stabilizing leaf and branch compost cutinase (LCC) with glycosylation: Mechanism and effect on PET hydrolysis, Biochemistry, 2018, DOI: 10.1021/acs.biochem.7b01189).

Le bottiglie di acqua minerale, bevande, shampoo, ecc. in polietilene tereftalato (PET), una delle plastiche più comuni e usate, vengono in genere riciclate macinandole in piccole scaglie, che vengono poi utilizzate per fabbricare prodotti come contenitori di plastica, tappeti, e altri materiali. Ma alcuni di questi manufatti non possono più essere riciclati e finiscono nelle discariche o nell’ambiente. Usando enzimi per degradare il PET in glicole etilenico e acido tereftalico, i riciclatori potrebbero usare gli ingredienti recuperati per produrre nuove bottiglie di plastica della stessa qualità. Tale processo consentirebbe di riciclare ripetutamente il materiale, contribuendo a risolvere il problema sempre crescente dei rifiuti di plastica.

Rifiuti di plastica

I funghi fitopatogeni responsabili di alcune malattie delle piante usano enzimi chiamati cutinasi per saponificare gli esteri contenuti nella cutina danneggiando così i tessuti vegetali. Sebbene di origine non ben chiara le cutinasi sono simili a enzimi batterici. E’ noto che le cutinasi, particolarmente quella delle foglie (LCC), possono anche “digerire” il PET scomponendolo nei suoi ingredienti monomerici. Le cutinasi degradano il PET più efficacemente a circa 75 ° C, una temperatura alla quale le catene di PET si allentano aprendo spazi fra di esse. Le cutinasi vanno a occupare questi spazi e fanno il loro lavoro degradando la plastica. Tuttavia l’enzima non funziona a lungo a queste temperature perché inizia a aggregarsi con se stesso inattivandosi.

Nel lavoro citato all’inizio, Richard A. Gross del Rensselaer Polytechnic Institute a Troy NY, responsabile della ricerca e i suoi collaboratori hanno cercato di impedire alla LCC di formare questi aggregati inattivi.

Il Gruppo del Prof. Gross (al centro)

Essi hanno pensato di inserire zuccheri in posizioni strategiche, in modo da mantenere intatta la struttura dell’enzima anche a temperature elevate, creando cioè barriere fisiche che rendessero più difficile la formazione degli aggregati.

Sebbene i batteri non rivestano naturalmente le loro proteine ​​con zuccheri, come invece succede per le cellule eucariote, i ricercatori hanno notato tre siti sulla cutinasi in cui le cellule eucariote potrebbero aggiungere una breve stringa di zuccheri. Utilizzando tecniche di ingegnera genetica hanno programmato un lievito, eucariota, per produrre una cutinasi batterica originariamente isolata da microbi trovati nel compost di foglie e rami. Dopo aver prodotto la cutinasi, le cellule hanno naturalmente glicosilato l’enzima nei siti previsti.

Struttura della cutinasi glicosilata: in rosso i siti glicosilati, in verde i siti attivi

I ricercatori hanno purificato la cutinasi glicosilata e ne hanno valutato la tendenza all’aggregazione studiando la luce diffusa attraverso una soluzione dell’enzima a varie temperature.

La cutinasi glicosilata ha iniziato ad aggregarsi e disperdere la luce a temperature intorno agli 80 ° C, mentre l’enzima non glicosilato ha diffuso molta più luce a partire da 70 ° C, formando anche ammassi visibili in alcuni test. La cutinasi glicosilata, lavorando a temperatura e concentrazione ottimali, ha degradato più PET rispetto alla proteina non glicosilata.

La maggiore stabilità e attività della cutinasi glicosilata è un grande passo avanti verso l’ottimizzazione dell’enzima al fine di una sua commercializzazione, dice Gross.

“Questa tecnologia potrebbe contribuire a rendere più degradabile una delle plastiche maggiormente utilizzate”, afferma Lucia Gardossi dell’Università di Trieste, che utilizza gli enzimi per produrre plastiche rinnovabili.

Non molto tempo fa la Cina riciclava circa la metà dei rifiuti di plastica e carta del pianeta. Ma l’anno scorso, la Cina ha vietato l’importazione di 24 tipi di rifiuti solidi, lasciando gli altri Paesi alla ricerca di soluzioni efficaci per smaltire montagne di plastica.

Montagna di rifiuti di plastica

“Il problema dei rifiuti di plastica è così urgente, e lo sviluppo di soluzioni per la gestione della plastica così veloce, da farmi ritenere che un enzima efficace come questo troverà applicazioni pratiche in poco tempo”, ha detto Gardossi.

*Tradotto e adattato da c&en news, web: February 28, 2018

Scienziate che avrebbero potuto vincere il Premio Nobel: Isabella Karle (1921-2017)

In evidenza

Rinaldo Cervellati

Il 3 ottobre dello scorso anno (2017), all’età di 95 anni è deceduta Isabella Helen Lugosky Karle che diede fondamentali contributi all’elucidazione di strutture molecolari con la tecnica dello scattering dei raggi X. Suo marito, Jerome Karle (1918-2013), ottenne il Premio Nobel per la Chimica nel 1985 insieme a Herbert Aaron Hauptman (1917-2011) per i loro successi nello sviluppo dei metodi diretti per la determinazione delle strutture dei cristalli.

Isabella Helen Lugosky nasce il 2 dicembre 1921 a Detroit da genitori immigrati polacchi, il padre dipingeva le lettere e i numeri dei tram della città, la madre gestiva un ristorante e cuciva tappezzerie di interni di auto per le case automobilistiche di Detroit. Frequentò le locali scuole pubbliche dove una insegnante di chimica la incoraggiò a approfondire lo studio delle scienze. Fu influenzata in questo senso anche dalla lettura di una biografia di Marie Curie, unica persona e donna a vincere due Premi Nobel, uno per la Fisica (1903), l’altro per la Chimica (1911), originaria della Polonia come i genitori di Isabella.

Terminato il liceo frequentò l’Università del Michigan, grazie a una borsa di studio. Scelse come materia principale chimica fisica, ottenendo il B.Sc. nel 1941 ancora dicannovenne e il Master nell’anno successivo. Durante gli studi incontrò Jerome Karle anche lui studente di chimica fisica. I due si sposarono nel 1942. Entrambi ebbero come supervisore delle loro tesi per il dottorato Lawrence Olin Brockway[1]. Isabella conseguì il Ph.D. nel 1944.

Isabella Lugosky Karle

Durante la 2a Guerra mondiale, Isabella lavorò, al Progetto Manhattan (una delle poche donne ammesse al Progetto), mettendo a punto tecniche per ottenere cloruro di plutonio da minerali contenenti l’ossido. Per qualche tempo insegnò chimica all’Università del Michigan.

Isabella Karle mentre fa lezione

Nel 1946 trovò impiego nel Laboratorio di Struttura della Materia del Naval Research Laboratory riunendosi così al marito Jerome che già vi lavorava da due anni. All’inizio si dedicò allo studio della struttura di molecole allo stato di vapore attraverso la diffrazione elettronica, logica continuazione del suo lavoro di tesi. Ben presto però si mise a collaborare alla ricerca del marito che stava esplorando, insieme al collega H.A. Hauptman, la possibilità di sfruttare lo scattering (diffrazione) dei raggi X per determinare le posizioni degli atomi nelle molecole in vari stati di aggregazione, gas, liquidi, solidi amorfi.

Mi occupo della parte pratica del progetto mentre Jerome di quella teorica, insieme formiamo una buona squadra che necessita di entrambe le competenze, disse Isabella [1].

Isabella e Jerome Karle al NRL

Prima del lavoro dei Karle e di Hauptman, i cristallografi potevano indagare le strutture cristalline e molecolari solo attraverso il processo lungo e laborioso della riflessione dei raggi X esaminando gli schemi di riflessione delle sostanze colpite dai raggi.

La messa a punto degli apparecchi a diffrazione e il trattamento analitico delle immagini di scattering permise la delucidazione più semplice e “diretta” delle strutture cristalline e molecolari, risparmiando tempo e guadagnando in precisione.

Per molti anni, questo metodo fu praticamente ignorato da molti scienziati.

È stato il lavoro di Isabella a richiamare l’attenzione sulla sua utilità, attraverso l’analisi e la pubblicazione delle strutture molecolari di molte migliaia di molecole complicate [2].

Isabella Karle mostra una struttura molecolare

Isabella Karle infatti mise a punto procedure pratiche basate sul lavoro teorico sviluppato dal marito per la determinazione delle fasi direttamente dalle intensità misurate degli scattering dei raggi X. Queste procedure sono state in seguito adottate in tutto il mondo e sono state essenziali per l’enorme diffusione della diffrattometria a raggi X per la soluzione di problemi in una vasta gamma di discipline scientifiche: chimica, biochimica, biofisica, mineralogia, scienza dei materiali, prodotti farmaceutici, drug design e chimica medicinale, solo per citarne alcune. Isabella Karle ha applicato personalmente il metodo alla delucidazione delle formule molecolari e alla determinazione delle conformazioni di steroidi, alcaloidi, prodotti di fotoriarrangiamento causati da radiazioni, nanotubi e in particolare peptidi. Questo tipo di informazioni strutturali ha fornito le basi per la chimica computazionale, le analisi conformazionali e la previsione delle proprietà di nuove sostanze. Ha pubblicato più di 350 articoli scientifici, in particolare sul Journal of the American Chemical Society e Acta Crystallographica.

Instancabile Isabella…

Quando Jerome Karle ricevette il Nobel nel 1985, disse che sperava che un giorno l’onore sarebbe spettato anche a Isabella.

All’Associated Press affermò: Non riesco a pensare a nessuno che sia più qualificato di mia moglie [1].

Va ricordato in particolare che Isabella Karle è stata una pioniera nella strutturistica di piccole molecole biologiche applicando il metodo con cui sono state poi verificate importanti ipotesi sulla struttura e funzione dei peptidi. Senza i suoi contributi pionieristici in questo campo, gran parte del lavoro che seguì non sarebbe stato possibile [2].

Isabella Karle ha ricevuto molti riconoscimenti per le sue ricerche, fra i quali il Premio Garvan dell’American Chemical Society, il Premio Gregori Aminoff dalla Società Reale Svedese, la Medaglia Bijvoet dalla Società Reale Olandese, nonché otto lauree ad honorem. E’ stata eletta membro della National Academy of Sciences, dell’American Academy of Arts and Sciences e della American Philosophical Society. Ha ricoperto il ruolo di Presidente dall’American Crystallographic Association. Nel 1993 è stata insignita del prestigioso Premio Bowe e del Premio per l’Avanzamento della Scienza dal Franklin Institute, nel 1995 ha ricevuto il premio National Academy of Sciences in Scienze chimiche e la National Medal of Science dal Presidente Clinton. Infine, nel 2007 ha ricevuto il Premio Merrifield dalla American Peptide Society.

Per più di 60 anni ha lavorato al Naval Research Laboratory insieme al marito. Entrambi si ritirarono nel 2009, in occasione del pensionamento la Marina USA organizzò una particolare cerimonia nella quale fu consegnata a entrambi la medaglia e il Certificato di Navy Distinguished Civilian Service, il più alto riconoscimento che la Marina USA può conferire a un dipendente civile.

Jerome e Isabella Karle alla cerimonia del pensionamento

Jerome Karle è morto nel 2013, Isabella Lugosky Karle, ritiratasi in una Casa di riposo di Alexandria in Virginia, si è spenta il 3 ottobre 2017.

Bibliografia

[1] E. Langer, Isabella Karle: Chemist who revealed molecular structures and helped husband win Nobel prize. Obituary. The Washington Post, 15 November 2017.

http://www.independent.co.uk/news/obituaries/isabella-karle-chemist-who-revealed-molecular-structures-and-helped-husband-win-nobel-prize-a8055781.html

[2] D. McKinney, Jerome and Isabella Karle Retire from NRL Following Six Decades of Scientific Exploration, US Naval Research Laboratory, press release, July 21, 2009.

https://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2009/jerome-and-isabella-karle-retire-from-nrl-following-six-decades-of-scientific-exploration

 

[1] Lawrence Olin Brockway (1907-1979), chimico fisico statunitense ha fatto tutta la carriera all’Università del Michigan, dove ha sviluppato le prime tecniche di diffrazione elettronica.

Gli alberi e le siepi Lego vengono dalla canna da zucchero.

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Rinaldo Cervellati

Lego plants to be made from plants è il titolo originale e accattivante di una interessante notizia riportata da Chemistry & Engineering news on-line del 6 marzo scorso, a firma Alex Scott.

Lego, la società danese di giocattoli, famosa per i suoi mattoncini di plastica, ha iniziato a fabbricare gli elementi botanici, come foglie, cespugli e alberi, con polietilene (PE) ottenuto dalla lavorazione della canna da zucchero.

L’iniziativa è un primo passo del piano annunciato dalla società nel 2015 per ridurre il suo impatto sull’ambiente eliminando gradualmente la plastica derivata da combustibili fossili. Il PE non è però impiegato per gli altri mattoncini iconici e da costruzione, che sono ancora costituiti da acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), un copolimero di tre prodotti della petrolchimica.

Il fornitore del polietilene “organico” è l’azienda brasiliana Braskem, titolare di un processo per convertire l’alcol etilico dalla canna da zucchero in etilene, il monomero del polietilene. Lo zucchero sarà certificato come materia prima nella produzione di “bio”polietilene da Bonsucro, un’organizzazione per l’uso sostenibile dello zucchero di canna.

Piantagione di canna da zucchero

Secondo la Braskem, ogni tonnellata di “bio”polietilene prodotto consuma 3,09 tonnellate di metri cubi di anidride carbonica dall’atmosfera.

Inizialmente, la Lego userà il “bio”polietilene solo per gli elementi botanici, ovvero l’1-2% delle sue parti in plastica.

“Siamo orgogliosi che i primi elementi Lego realizzati con materie plastiche di origine sostenibile siano in produzione e quest’anno saranno presenti nelle scatole Lego”, afferma Tim Brooks, vice presidente dell’azienda per la sicurezza ambientale.

Tim Brooks

Lego non si è pronunciata sull’estensione del biopolietilene anche agli altri elementi iconici e ai mattoncini. Trovare il materiale giusto per tutti presenta una particolare sfida. Nel 2012, Styrolution, uno dei fornitore di ABS alla Lego, ha dichiarato a C&EN che la materia prima deve avere determinate specifiche in modo che i blocchi si incastrino senza uno sforzo eccessivo che potrebbe danneggiarli. Il polietilene, che non è resistente come l’ABS, potrebbe non possedere questa caratteristica sostiene Styrolution.

Nel 2014, Lego ha utilizzato 77.000 tonnellate di materie prime per realizzare oltre 60 miliardi di pezzi. Braskem ha la capacità di produrre 180.000 tonnellate all’anno di “bio”polietilene nello stabilimento di Rio Grande do Sul, in Brasile.

Lego, nell’annunciare l’iniziativa del polietilene “organico”, si è comunque impegnata a investire 150 milioni di dollari e assumere più di 100 dipendenti per la ricerca e lo sviluppo di materie prime sostenibili per sostituire i polimeri a base di derivati del petrolio entro il 2030.

Lego ha collaborato con il World Wildlife Fund e con Bioplastic Feedstock Alliance al progetto. “La decisione del Gruppo Lego di proseguire la ricerca di materie plastiche da materie prime sostenibili rappresenta un’incredibile opportunità per ridurre la dipendenza da risorse limitate”, ha affermato Alix Grabowski, senior program officer del WWF.

(Fin qui il testo è Tradotto e adattato da c&en news, march 6, 2018.)

Ma non è tutto oro quello che luccica, già nel 2013 uno studio di Valutazione del Ciclo di Vita (LCA = Life Cycle Assessment) del biopolietilene fu commissionato dalla Braskem alle E4tech e LCAworks [1]. Queste valutazioni hanno lo scopo di esaminare la somma delle emissioni e l’impatto ambientale totale dalla materia prima (in questo caso la canna da zucchero) alla fine del prodotto dopo l’uso (riciclaggio, compostaggio, discarica). Sia questo studio, sia le successive indagini condotte da gruppi di ricerca in scienze ambientali europei [1] e americani [2] evidenziarono alcune criticità, quali ad esempio la deforestazione per dare spazio a colture intensive di canna da zucchero, l’uso di fertilizzanti e pesticidi nelle colture stesse, l’impiego di energia da combustibili fossili per la trasformazione dello zucchero in alcol etilico e poi in etilene e nel polimero, ecc. Tutto ciò avrebbe ridotto di molto il vantaggio di una minor emissione di CO2 nell’atmosfera.

I suggerimenti per limitare questi svantaggi sono ridurre il più possibile le sorgenti delle criticità e valutare il modo migliore di smaltimento, fra riciclaggio e compostaggio.

Nota. A costo di sembrare ovvio, a beneficio dei non chimici che ci leggono desidero ricordare che il polietilene si ottiene dall’etilene (entrambi prodotti chimici) attraverso un processo chimico che chiamiamo polimerizzazione. Il fatto che l’etilene si ottenga da derivati del petrolio o dalla canna da zucchero e che il prodotto lo si chiami polietilene o biopolietilene non cambia nulla nella sua struttura chimica a parità di numero di etileni nel prodotto stesso. Quello che cambia è l’impatto ambientale che potrebbe essere minore nel caso di etilene ottenuto dalla canna da zucchero (attraverso procedimenti chimici).

Bibliografia

[1] [1] http://www.braskem.com.br/Portal/Principal/Arquivos/ModuloHTML/Documentos/1204/20131206-enviro-assessment-summary-report-final.pdf

[2] I. Tsiropolous et al. Life cycle impact assessment of bio-based plastics from sugarcane Ethanol., Journal of Cleaner Production, 2015, 90, 114-127.

[3] T.A.Hottle, M. M.Bilec, A. E.Landis, Biopolymer production and end of life comparisons using life cycle assessment., Resources, Conservation and Recycling, 2017, 122, 305-326.

Scienziate che avrebbero potuto vincere il Premio Nobel: Katharine Blodgett (1898-1979)

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Rinaldo Cervellati

Anche questo nome figura fra le donne che la sessione “Ladies in Waiting for Nobel Prizes” nel meeting dell’American Chemical Society (agosto 2017) ha inserito fra le scienziate che avrebbero meritato il Premio Nobel. Chi era Katharine Blodgett e quali contributi ha fornito per l’avanzamento della scienza? Ne parliamo in questo post.

Katharine Burr Blodgett nasce a Schenectady il 10 gennaio 1898 (stato di New York), seconda figlia di Katharine Burr e George Blodgett. Suo padre, un avvocato specializzato in brevetti per la General Electric, fu tragicamente ucciso da un ladro penetrato nella loro casa poche settimane prima della nascita di Katharine. Lasciò la sua famiglia in buone condizioni economiche, consentendole di trasferirsi a New York poco dopo la nascita della figlia, e poi in Francia nel 1901.

Undici anni dopo, nel 1912, la famiglia Burr Blodgett tornò a New York dove Katharine fu iscritta alla Rayson School. In questa scuola ricevette un’istruzione equivalente a quella dei maschi della sua età mostrando subito un interesse per la matematica. La giovane finì precocemente il liceo all’età di 15 anni, ottenendo una borsa di studio per il Bryn Mawr College.

Katharine Burr Blodgett

Al college studiò matematica e fisica, eccellendo in entrambe e cominciò a pensare cosa avrebbe desiderato fare dopo il diploma. Era interessata alla ricerca scientifica e nella pausa invernale dell’ultimo anno di college gli ex-colleghi di suo padre le presentarono il Dr. Irving Langmuir[1] ricercatore chimico al General Electric Research Laboratory at Schenectady [2]. Langmuir le fece visitare la struttura rendendosi subito conto delle attitudini e del potenziale della ragazza, poi definita da lui sperimentatore di talento con una rara combinazione di abilità teoriche e pratiche. Le consigliò quindi di proseguire gli studi e poi presentare domanda di impiego alla General Electric. Blodgett seguì il consiglio ottenendo dapprima il B.A. al Bryn Mawr e poi il M.Sc. in fisica all’Università di Chicago nel 1918 discutendo una ricerca sulle capacità di adsorbimento del carbone per maschere antigas. Nel 1920 fu assunta come assistente ricercatrice di Langmuir, prima donna ricercatrice nei laboratori della General Electric. Inizialmente Blodgett collaborò alle ricerche di Langmuir sull’adsorbimento e evaporazione dei gas sui filamenti di tugnsteno usati nelle lampadine. Langmuir si stava occupando anche di chimica delle superfici liquido – liquido, in particolare era riuscito a ottenere strati sottilissimi di olio su superfici acquose e Blodgett si concentrò attivamente in questo campo dove diede successivamente suoi contributi originali.

Nel contempo le fu offerta una partecipazione nel programma di dottorato in fisica dell’Università di Cambridge, ottenne il dottorato nel 1926, prima donna a ricevere un Ph.D. in fisica da quella Università. Fra il 1920 e i primi anni ‘30 pubblicarono insieme importanti lavori, uno dei quali sulla forma a molla del tungsteno per mantenere sempre tesi i filamenti [1-4].

Svilupparono una tecnica che permetteva di ricoprire superfici acquose, metalliche o vetrose con strati monomolecolari di lipidi, proteine o polimeri e di verificarne lo spessore [5].

Nel 1932 Lagmuir aveva ottenuto il Premio Nobel per la Chimica per le sue ricerche sperimentali e teoriche sulla chimica delle superfici.

Blodgett continuò, estendendolo, il lavoro sulla deposizione di successivi strati monomolecolari di varie sostanze su superfici di materiali diversi. Nella nota a piede della prima pagina del suo fondamentale articolo del 1935 [6], Blodgett scrive:

Gli esperimenti descritti in questo articolo sono stati avviati in collaborazione con il Dr. Irving Langmuir e sono proseguiti mentre lui era all’estero. L’autrice è in debito con il dottor Langmuir per averla spinta a sviluppare ulteriormente il metodo descritto nell’articolo precedente*, e per aver contribuire con molti importanti suggerimenti che sono inclusi in questo lavoro[6].

*Con articolo precedente Blodgett si riferisce a una nota preliminare da lei inviata alla stessa rivista e pubblicata l’anno precedente [7].

Nell’articolo viene descritto lo strumento e la tecnica per sovrapporre rivestimenti monomolecolari uno alla volta su vetro o metallo. Immergendo ripetutamente una piastra metallica in acqua ricoperta da uno strato di sostanza grassa (molecole a terminazione idrofila e coda idrofoba), Blodgett riuscì a impilare centinaia di strati di sostanza sulla piastra con precisione molecolare. L’apparecchio usato e perfezionato da Blodgett è oggi conosciuto come trogolo di Langmuir-Blodgett (trough).

Schema e apparecchio di Langmuir-Blodgett

Blodgett individuò i possibili usi pratici di questa tecnica: utilizzando lo stearato di bario ricoprì una lastra di vetro su entrambi i lati con strati monomolecolari di questa sostanza fino a che la luce riflessa dagli strati annullasse quella riflessa dal vetro, rendendolo più trasmettente del 90% rispetto a prima. Aveva realizzato un vetro “invisibile” [8]. Il vetro non riflettente fu usato per la prima volta in cinematografia negli obiettivi delle cineprese per il famoso film Via Col Vento (1939), la nitidezza dei colori fece molta presa sul pubblico e sugli addetti ai lavori, sicchè l’industria presto cominciò a fare largo uso del vetro di Blodgett.

Durante la 2a Guerra mondiale il vetro antiriflesso fu impiegato anche nei periscopi dei sommergibili e per le telecamere degli aerei da ricognizione. Blodgett contribuì inoltre allo sforzo bellico riprendendo la sua vecchia tesi di master, rese più efficaci i filtri delle maschere antigas e inventò un dispositivo per eliminare il ghiaccio dalle ali degli aerei permettendo ai piloti volare su zone prima considerate troppo pericolose.

Blodgett inventò anche l’indicatore di colore, uno strumento per misurare lo spessore dei rivestimenti molecolari depositati sul vetro. Questo “calibro” si basa sul fatto che spessori diversi dei rivestimenti imprimono al vetro colori diversi. Mentre esaminava la stratificazione dell’acido stearico su una lastra di vetro, si rese conto che l’aggiunta di ogni strato, spesso circa 2 / 10.000.000 di pollice (circa 2 nm), cambiava in modo percettibile il colore della lastra. Prima della sua invenzione, i migliori strumenti di misurazione erano accurati fino a pochi millesimi di centimetro. Il suo “calibro di colore” mostra quindi un’alta precisione nell’individuare la progressione dei colori e il loro corrispondente spessore.

Katharine Blodgett al lavoro

Come afferma Jacobs [8], si può dire che le migliori scoperte e invenzioni di Blodgett sono state “invisibili”, ma l’influenza che hanno avuto sulla società è visibile e chiara. Oggi il vetro non riflettente, basato sulla scoperta di Blodgett, viene utilizzato per schermi di computer, occhiali, parabrezza e quasi altro oggetto che richiede una superficie perfettamente trasparente. Gli scienziati stanno ancora studiando i film di Blodgett per cercare di individuare nuovi usi per questa tecnologia nei microchip e nei sensori.

Per i suoi lavori ottenne prestigiosi riconoscimenti, fa i quali l’Achievement Award dall’American Association of University Women (1945) e la prestigiosa Medaglia Francis Garvan dall’American Chemical Society (1951) per il suo lavoro sui film monomolecolari.

Nella sua lunga carriera in General Electric, Katharine Blodgett ha ottenuto otto brevetti USA dal 1940 al 1953, due soli dei quali in collaborazione e ha pubblicato 30 articoli su riviste scientifiche, raggiungendo anche in certa misura la popolarità apparendo in servizi sui noti periodici Life e Time. Ciononostante è riuscita a mantenere riservata la sua vita privata parlando solo delle sua vita professionale e del suo successo come donna.

Dopo il suo ritiro dalla General Electric nel 1963, Blodgett ha vissuto la sua pensione in una Casa di Riposo per donne single. Muore il 12 ottobre 1979 all’età di 81 anni.

Nota. Nel meeting citato all’inizio del post, una delle partecipanti ha suggerito che il Nobel per la chimica 1932 avrebbe potuto essere condiviso da Langmuir e Blodgett. Tuttavia a quel tempo Blodgett non aveva ancora sviluppato i suoi importanti contributi originali, come la ricopertura multistrato, la tecnica di misura degli spessori monomolecolari e relative applicazioni. La mia personale opinione è che avrebbe potuto ottenere il Nobel dopo il 1940.

Chi fosse interessato a ulteriori informazioni biografiche, può trovarle in:

  1. Venezia, Katharine Burr Blodgett: An Innovative, Accomplished Schenectady Native,

http://thefreegeorge.com/thefreegeorge/schenectady-katharine-burr-blodgett/

o in: http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.2913969

Irving Langmuir and Katharine Burr Blodgett

https://www.sciencehistory.org/historical-profile/irving-langmuir-and-katharine-burr-blodgett

oltre che nella citazione bibliografica [8]

Bibliografia

[1] I. Langmuir, K.B. Blodgett, Current Limited by Space Charge between Coaxial Cylinders., Phys. Rev., 1923, 22, 347-356.

[2] I. Langmuir, K.B. Blodgett, Current Limited by Space Charge between Concentric Spheres., Phys. Rev., 1924, 24, 49-59.

[3] I. Langmuir, S. MacLane, K.B. Blodgett, The Effect of end Losses on the Characteristics of Filaments of Tungsten and other Materials, Phys. Rev., 1930, 35, 478-503.

[4] K.B. Blodgett, I. Langmuir, The Design of Tungsten Springs to the Hold Tungsten Filaments Taut., Rev. Sci. Instr., 1934, 5, 321-332.

[5] K.B. Blodgett, I. Langmuir, Accomodation Coefficient of Hydrogen; A Sensitive Detector of Surface Films., Phys. Rev., 1932, 40, 78-104.

[6] K.B. Blodgett, Films Built by Depositing Successive Monomolecular Layers on a Solid Surface., J. Am. Chem. Soc., 1935, 57, 1007-1022.

[7] K.B. Blodgett, Monomolecular Films of Fatty Acids on Glass, J. Am. Chem. Soc., 1934, 56, 495

[8] R. Jacobs, The Invisible Woman, Chemical Heritage Magazine, 2014, 32, 7.

https://www.sciencehistory.org/distillations/magazine/the-invisible-woman

[1] Irving Langmuir (1881-1957) chimico fisico americano ha effettuato ricerche importanti in diversi campi, dai filamenti per lampadine alla teoria del legame chimico, dalla chimica delle superfici alla fisica del plasma. Premio Nobel per la Chimica 1932 con la seguente motivazione: “per le sue scoperte ed i suoi studi sulla chimica delle superfici”.

[2] Scienziati come W.R.Whitney, W.D. Coolidge e Hull avevano contribuito a rendere il General Electric Research Laboratory al tempo stesso uno dei più quotati centri per la ricerca di base e più fecondi nella scienza applicata.