Il meraviglioso mondo dei cristalli

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Titolo: 
CRISTALLI!
Anteprima: 
La mostra si articola in 12 sezioni che illustrano i principi scientifici della cristallografia, la storia della disciplina, le innumerevoli e a volte inimmaginabili correlazioni con la vita quotidiana e la correlazione tra cristallografie e arte.
Miniatura: 

Presso il Salone delle Scuderie del Palazzo della Pilotta a Parma sarà aperta fino al 30 novembre la mostra CRISTALLI!, dedicata a celebrare i 100 anni trascorsi da quando una serie di intuizioni ed esperimenti sui cristalli hanno aperto la via alla cristallografia moderna.
La mostra si articola in 12 differenti sezioni che trattano numerosi aspetti della cristallografia, dalla bellezza dei minerali e dei meteoriti alle tecniche di studio delle molecole allo stato solido, dal concetto di simmetria nel mondo che ci circonda alla crescita di cristalli per la realizzazione di dispositivi innovativi. La mostra ha un esplicito carattere divulgativo, anche se non tralascia l’approfondimento di molti aspetti scientifici rilevanti.
La collezione di minerali e meteoriti dell’Università di Parma, i cristalli nella vita quotidiana, e le nuove tecnologie basate sulla preparazione di materiali cristallini innovativi sono certamente alcune delle sezioni forti della mostra. Sarà possibile vedere alcuni splendidi minerali come i frammenti di geodi ametista e globuli di malachite, ma anche cristalli giganti di zucchero e di silicio, e di apprezzarne la bellezza delle simmetrie e dei colori.
Al termine del percorso della mostra, nei giorni di sabato e domenica, una serie di piccoli esperimenti scientifici mostrerà diversi aspetti curiosi delle cristallizzazioni permettendo anche ai piccoli di ogni età di comprendere meglio il principio che regola la formazione dei cristalli, e anche di imparare come creare in casa bellissimi cristalli.
Il catalogo, curato ed elegante, propone una sintesi dei materiali in esposizione nelle sezioni, ed approfondisce alcuni aspetti della storia e delle applicazioni della cristallografia con il corredo di bellissime foto di gemme e minerali.

Da dove nasce l’esigenza di questa mostra?

“Si può, io credo, anticipare che il chimico del futuro che è interessato nella struttura delle proteine, degli acidi nucleici, dei polisaccaridi e altre sostanze complesse ad alto peso molecolare farà affidamento su una nuova chimica strutturale, che coinvolge precisi rapporti geometrici tra gli atomi nelle molecole e la rigorosa applicazione dei nuovi principi strutturali, e che grandi progressi saranno raggiunti,attraverso questa tecnica, nell’approccio, con metodi chimici ,a problemi riguardanti la biologia e la medicina”.
Questo pronunciava Linus Pauling nel 1954 durante la cerimonia di consegna del premio Nobel che lo avrebbe consacrato come uno dei fondatori dell’approccio chimico strutturale alla biologia molecolare. Il pensiero di Pauling può essere ricondotto a un principio scientifico di base nella Chimica contemporanea: il ricercatore chimico non può prescindere dalla conoscenza della struttura tridimensionale dei sistemi che manipola. Lo sviluppo della cristallografia nasce quindi dalla necessità di conoscere come gli atomi sono disposti nella materia e come, attraverso il loro legame essi diano origine a molecole discrete. Attraverso lo studio strutturale è così possibile avere un modello su scala atomica della materia in grado di prevedere fenomeni quali le reazionifra molecole o le proprietà dei materiali.

Dall'emoglobina alla scoperta del DNA

Quando Pauling pronunciava quelle parole erano passati poco più di quarant’anni da quando nel 1912 Max Von Laue e due suoi giovani assistenti illuminavano con raggi X un cristallo di blenda, osservando la comparsa di una serie di macchie discrete su una lastra fotografica posta alle spalle del cristallo stesso. Questo esperimento fondamentale evidenziò la capacita dei cristalli di diffrangere i raggi X, premettendo due anni dopo al giovane studente ventitreenne William Lawrence Bragg di determinare la struttura cristallina di NaCl.
Questi due brillanti esperimenti spalancarono la strada a un pensiero nuovo, e diedero inizio a una rivoluzione scientifica che segnò la nascita di un nuovo modo di concepire la chimica, la fisica e la biologia. Se fino ad allora nessuno possedeva strumenti per poter accedere alla struttura tridimensionale della materia a livello atomico, negli anni successivi alle osservazioni di Bragg e Laue la comunità scientifica si gettò con entusiasmo a sperimentare e sviluppare la nuova tecnica, permettendo la determinazione della struttura dei materiali di maggior interesse per la chimica del tempo. Kathleen Lonsdale scoprì nel 1929 che i derivati del benzene sono planari, mentre Dorothy Hodgkin nel 1945 svelò la struttura molecolare della penicillina, permettendo lo sviluppo della prima famiglia di antibiotici. Più tardi, la Hodgkin determinò la struttura dell’insulina, della vitamina B12, della ferritina e del virus del mosaico del tabacco, gettando così le basi della moderna scienza farmaceutica. Gli anni ’50 furono strepitosi per lo sviluppo della cristallografia: nel 1953 Rosalind Franklin, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins condussero gli esperimenti che portarono alla determinazione della struttura a doppia elica del DNA.
Con un lavoro impressionante durato decenni Max Perutz e John Kendall nel 1959 determinarono la struttura della mioglobina e dell’emoglobina, chiarendo le basi molecolari della respirazione. Non da ultimo, è da citare il Premio Nobel per la Chimica assegnato nel 2009 Ada Yonath, Thomas Arthur Steitz e a VenkatramanRamakrishnan per i loro studi volti a rivelare la struttura dei ribosomi, permettendo così una più approfondita comprensione dei meccanismi di manipolazione del corredo genetico degli organismi.E’ straordinario il fatto che in questi ultimi 100 anni sono stati ben 28 i Premi Nobel assegnati a studi di ispirazione cristallografica.

Negli ultimi decenni la cristallografia ha vissuto una rapida evoluzione, pur mantenendo la sua iniziale vocazione di indagare la struttura della materia. Le tecniche basate sulla diffrazione dei raggi X si sono sviluppate al punto di consentire lo studio di sistemi cristallini sempre più complessi, e si sono spinte verso sistemi disordinati, nanostrutturati, persino amorfi. Alle tecniche diffrattometriche si sono aggiunti diversi metodi, quali ad esempio le spettroscopie di assorbimento X e vibrazionali, le tecniche di microscopia e diffrazione elettronica, i metodi computazionali, che oggi il cristallografo utilizza per fornire una visione più completa della struttura della materia. Lo sviluppo di grandi centri di ricerca come quelli basati sulla luce di sincrotrone ha permesso di affrontare problemi di frontiera e di forte impatto per la nostra vita quotidiana come l'analisi della struttura delle macromolecole biologiche per la progettazione di farmaci, la definizione delle correlazioni tra struttura e proprietà per la progettazione di materiali all’avanguardia per l’elettronica, l’optoelettronica, il magnetismo, lo studio e la datazione di manufatti di rilevanza archeologica o l’analisi di rocce lunari e meteoriti.
La cristallografia ha dunque portato la visione atomica e molecolare nella scienza, ha popolato di immagini e strutture la chimica moderna, la biologia molecolare, le scienze farmaceutiche, la fisica dello stato solido: la Scienza moderna ha talmente incorporato questa nuova visione del mondo che ormai qualsiasi nuova idea non può prescindere da un’interpretazione strutturale. Grazie alla cristallografia moderna in questi 100 anni l’immaginario scientifico si è arricchito di splendide architetture molecolari, di meravigliose simmetrie, e il concetto di relazione tra forma e funzione si è esteso dal mondo macroscopico delle macchine meccaniche e degli organismi biologici al microscopico mondo delle macchine molecolari, dove dettagli grandi quanto un decimiliardesimo di metro determinano con precisione inesorabile le proprietà di un materiale per l’elettronica, l’efficacia di un farmaco, la funzione di un enzima.

La mostra CRISTALLI! celebra proprio questa storia recente, una storia popolata di passione per la ricerca e grandi scoperte che hanno aperto nuove vie alla scienza e alla tecnologia, ancora in espansione in questo scorcio di inizio secolo. Si tratta di una mostra energica, completa, attraverso la quale si entra in un mondo fatto di geometrie, di colori, di alta tecnologia.
Il visitatore esce con la consapevolezza di essere entrato in un mondo magico, di essere stato introdotto, anche solo per pochi momenti, dentro una disciplina che ha saputo raccogliere attorno a se non solo l’ingegno ma anche l’entusiasmo di tanti ricercatori in tutto il mondo che hanno contribuito, in un solo secolo, a cambiare il volto della chimica, della biologia molecolare, della medicina, della scienza dei materiali.

Matteo Tegoni

 

Per chi volesse maggiori informazioni e contatti:
http://cristalli.unipr.it/
https://www.facebook.com/mostraCristalli
[email protected]
Orari:
martedì-giovedì ore 10-12
venerdì ore 10-12 e 15-18
sabato e somenica ore 10-18
Ingresso gratuito
Catalogo: http://www.mupeditore.it/saggistica/divulgazione_scientifica/cristalli.aspx

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Grazie, Obama!

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E’ giunta al termine una Presidenza, quella di Barack Obama, che lascerà il segno negli USA. Un segno importante nella ricerca scientifica e nell’innovazione tecnologica, in un Paese che negli ultimi 80 anni è stato all’avanguardia nella scienza e nella tecnologia.

Durante i suoi due mandati alla Casa Bianca, Obama ha fortemente enfatizzato la visione della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica come uno dei pilastri della leadership degli USA nel mondo. E ha effettuato, a sostegno, gesti significativi - come ricevere alla Casa Bianca Emily Whitehead, bimba di 6 anni guarita dalla leucemia grazie alle nuove terapie immunologiche - e scelte finanziarie anche coraggiose. Ad esempio, investendo miliardi di dollari per favorire la ricerca, attraverso finanziamenti competitivi, nel momento di più profonda crisi finanziaria. Andando, quindi, controtendenza.

Emily Whitehead, la bambina di 6 anni, guarita dalla leucemia grazie alle nuove terapie immunologiche, ricevuta alla casa Bianca da Obama. Di fianco, la... giustifica per l'assenza da scuola

Questa mia percezione è stata confermata anche da alcuni amici, membri della National Academy, che hanno avuto modo di incontrare l’ormai ex Presidente USA personalmente.

Vale la pena ricordare le ultime due iniziative di Obama in questi ambiti. La prima è la Medicina di Precisione, che Obama ha non solo indicato come frontiera, ma anche concretamente sostenuto. Si tratta di una visione della medicina che incrocia le caratteristiche genetiche dell’individuo, lo stile di vita e l’ambiente in cui vive, e che utilizza i progressi della genomica per identificare strategie preventive e terapeutiche più efficaci e personalizzate. Una sfida che richiede l’integrazione di competenze diverse - medici, medici-ricercatori, ricercatori preclinici, tecnologie avanzate - al servizio del paziente. La “Precision Medicine Initiative” di Obama, annunciata nel 2015, ha visto un investimento di 215 milioni di dollari nel 2016: nel giro di poco tempo, dunque, si è passati da un annuncio di visione all’implementazione di azioni a sostegno.

La seconda iniziativa è l’operazione “Moonshot”, balzo sulla luna, per accelerare la ricerca sul cancro e trovare nuove cure per questa malattia che rappresenta, appunto, la luna da conquistare grazie all’avanzamento delle conoscenze, significativo negli ultimi 30 anni, ad esempio nel settore dell’immunologia e immunoterapia. Al lancio del Cancer Moonshot, sono seguiti una serie di finanziamenti e di azioni concrete, guidate dal vicepresidente Joe Biden, mirate non solo a rendere disponibili per i pazienti nuove terapie, ma anche a migliorare la capacità di prevenire il cancro e diagnosticarlo in fase precoce. E’ stata inoltre creata una task force di esperti, composta da alcuni dei migliori cervelli degli USA, che ha indicato le nuove sfide del settore ed una serie di azioni da intraprendere per raggiungere l’obiettivo Cancer Moonshot.

L’eredità che lascia Obama, dunque, dal punto di vista della ricerca scientifica per la salute è un’eredità di visione e di scelte - coerenti per contenuto e tempistica - mirate a realizzarla concretamente. Ci auguriamo che le prossime amministrazioni negli USA continuino sulla stessa linea. Per il bene di tutti.

Questa riflessione sulle scelte della presidenza Obama non può non farci interrogare su quanto accade nel nostro Paese. L’orizzonte tracciato negli USA è quello in cui dobbiamo muoverci anche noi. Per ora, siamo purtroppo sostanzialmente fermi al palo, ma non è troppo tardi: abbiamo un patrimonio di risorse intellettuali e di passione, nei nostri giovani, che ci consentirebbe al di fare un “moonshot” sul cancro e, più in generale, sulla ricerca scientifica. Dobbiamo quindi raccogliere la sfida che Obama ha lanciato: visione, scelte e sostegno economico alla ricerca. Per il futuro del nostro Paese.

Pubblicato su La stampa il 15/1/2017.