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Fisica

Un paradosso turbolento: svelato il collegamento inatteso tra due problemi irrisolti della fisica

By ScientifiCult 20 Settembre 2022

Un paradosso turbolento: svelato il collegamento inatteso tra due problemi irrisolti della fisica

Un team di ricerca interdisciplinare SISSA-Università di Padova ha analizzato il problema di Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou in maniera innovativa scoprendo un collegamento con la turbolenza nei fluidi

Alcuni dei fenomeni fisici che incontriamo quotidianamente nella nostra vita sono ancora oggi incompresi. Un primo esempio è la turbolenza nei fluidi. La turbolenza è legata alla complessità delle equazioni di Navier-Stokes che regolano la dinamica dei fluidi, uno dei problemi del millennio. Un altro esempio di problema aperto è l’approccio all’equilibrio termodinamico per i sistemi isolati. Un nuovo studio in collaborazione tra la SISSA e l’Università di Padova, pubblicato su Physical Review Letters, analizza in dettaglio un collegamento nuovo tra queste due tipologie di fenomeni e potrebbe aprire nuove strade per la loro comprensione.

collegamento due problemi fisica turbolenza fluidi — Un paradosso turbolento: svelato il collegamento inatteso tra due problemi irrisolti della fisica. Credits: New York University

A metà degli anni ‘50, Enrico Fermi, John Pasta, Stanislaw Ulam e Mary Tsingou si interessarono al problema dell’approccio all’equilibrio termodinamico per i sistemi isolati. Ebbero l’idea di simulare al computer la dinamica di un sistema molto semplice, costituito da oscillatori nonlineari in interazione, con la speranza di poter sviluppare qualche intuizione per una teoria più generale. Gli esiti di questo pionieristico studio furono sorprendenti al punto che il risultato venne rinominato “paradosso di Fermi-Pasta-Ulam” (tralasciando l’importante ruolo di Mary Tsingou). Invece di osservare il sistema approcciarsi progressivamente all’equilibrio termodinamico, gli autori fecero quello che loro stessi definirono una “piccola scoperta”: il sistema sembrava non raggiungere mai l’equilibrio termodinamico. Oggi, a distanza di quasi settant’anni, grazie innumerevoli studi si è scoperto che quello osservato da Fermi, Pasta, Ulam e Tsingou altro non era che uno stato “metastabile” in cui il sistema rimaneva a lungo prima di raggiungere l’equilibrio. Da altri studi sappiamo che questo stato metastabile è presente quando al sistema si dà poca energia, mentre questo paradosso non si presenta quando il sistema ha un’energia sufficientemente alta.

Nella nuova ricerca, gli autori hanno studiato la struttura dello stato metastabile del modello di Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou trovando che ha somiglianze significative con la turbolenza dei fluidi. Inoltre, i tempi-scala del problema (il tempo in cui il sistema raggiunge questo “stato intermedio” e il tempo dopo cui lo abbandona) sono “universali”, ovvero dipendono dai parametri del sistema in modo noto, sono calcolabili esattamente e non dipendono dai dettagli dell’interazione.

Antonio Ponno, Professore Associato del Dipartimento di Matematica dell’Università di Padova e autore dello studio, racconta: “L’idea per questo lavoro è nata qualche anno fa, a partire dal progetto di tesi di Matteo Marian, studente di fisica dell’Università di Trieste. Fin da subito sono stati coinvolti anche Stefano Ruffo e Matteo Gallone della SISSA ed è nato così un gruppo di ricerca tuttora attivo”.

Il lavoro appena pubblicato coinvolge quattro generazioni di ricercatori, tre istituzioni accademiche e due settori scientifico-disciplinari.

“Un lavoro che ha potuto raggiungere risultati importanti solo grazie all’ambiente multidisciplinare che c’è in SISSA” commenta Matteo Gallone, primo autore dello studio. La ricerca unisce metodi matematici d’avanguardia con le simulazioni numeriche per illuminare problemi di fisica statistica. “La sinergia tra matematica è fisica ci ha permesso di affrontare l’analisi del problema di Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou in maniera innovativa e costruire un ponte con la turbolenza” aggiunge Gallone.

“La collaborazione costruttiva tra scuole diverse, centrata sulla promozione e la circolazione dei più giovani – un principio saldo del nostro Ateneo – è la chiave di volta della qualità della ricerca” conclude Ponno.

Full paper: Physical Review Letters

Testo e immagine dagli uffici Stampa dell’Università degli Studi di Padova e SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati

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Biologia

Radiazioni ionizzanti: quando a basse dosi proteggono il DNA

By ScientifiCult 20 Settembre 2022

Radiazioni ionizzanti: quando a basse dosi proteggono il DNA

Un nuovo studio, coordinato dal Dipartimento di Biologia e Biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha dimostrato che le basse dosi di radiazioni possono proteggere i cromosomi da stress genotossici. I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Communications Biology

radiazioni ionizzanti basse dosi — Foto del Dr. Manuel González Reyes

Sebbene non ci siano dubbi sul fatto che alte dosi di radiazioni ionizzanti come i raggi X e i raggi gamma possono avere gravi conseguenze biologiche, non sono ancora chiari i rischi delle basse dosi sulla salute umana.

Comprendere gli effetti associati alle basse dosi di radiazioni riveste un’importanza rilevante dal punto di vista sociale, proprio per le continue esposizioni a cui siamo giornalmente sottoposti, durante il lavoro o gli screening medici, ma anche per i frequenti viaggi aerei. Determinare con certezza questi rischi, in primo luogo sugli organismi modello, è quindi uno dei compiti centrali dell’epidemiologia e della biologia delle radiazioni.

Un nuovo studio, coordinato da Giovanni Cenci del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha mostrato che l’esposizione cronica del comune moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) a basse dosi di radiazioni durante lo sviluppo rende le cellule di questo organismo modello resistenti al verificarsi delle rotture cromosomiche (una conseguenza del danno al DNA) indotte successivamente da alte dosi di raggi gamma. Inoltre, il sequenziamento dell’RNA dei moscerini esposti ha permesso di comprendere per la prima volta che questo tipo di risposta, definita ‘radio adattativa’ è associata alla riduzione dell’espressione di un gene, chiamato Loquacious.

La ricerca, nata dalla collaborazione della Sapienza con l’Istituto superiore di sanità e l’Università di Padova e sostenuta da grant FERMI Institute for Multidisciplinary Studies, ISS-INFN e Istituto Pasteur, è stata pubblicata sulla rivista Communications Biology.

“La risposta radio adattativa – spiega Antonella Porrazzo, prima autrice dell’articolo – è un fenomeno noto nel campo della radiobiologia. Grazie all’utilizzo del Libis, un irradiatore per le basse dosi unico nel suo genere e messo a disposizione dai collaboratori dell’Istituto superiore di sanità, abbiamo dimostrato che questa risposta ha il suo massimo effetto solo a una particolare combinazione di dose e rateo di dose. Inoltre, la resistenza al danno al Dna indotto dalla successiva esposizione acuta è presente nella progenie dei moscerini esposti alle basse dosi, mettendo in evidenza un chiaro ed interessante effetto transgenerazionale”.

Questo studio ha anche evidenziato che l’esposizione alle basse dosi riduce la frequenza di fusioni dei telomeri (strutture complesse poste alle regioni terminali del cromosoma), che avvengono a causa del mal funzionamento delle proteine che proteggono le estremità dei cromosomi.

“Le nostre osservazioni – sottolinea Giovanni Cenci, coordinatore della ricerca – indicano che l’effetto protettivo delle basse dosi può essere esteso a tutti quei siti cromosomici che vengono riconosciuti in modo inappropriato come rotture al DNA”.

Le analisi genetiche hanno dimostrato anche che i mutanti nel gene Loquacious, che codifica una proteina in grado di legare RNA a doppio filamento ed è presente anche nell’uomo, sono resistenti al danno cromosomico indotto dalle alte dosi.

Questi risultati indicano chiaramente che la modulazione del gene Loquacious rappresenta una strategia cellulare efficiente per la salvaguardia dell’integrità cromosomica in seguito a stress genotossici.

“Dato che il gene in questione è conservato anche nelle nostre cellule, gli studi futuri– conclude Giovanni Cenci – potrebbero chiarire un suo eventuale coinvolgimento nel determinare fenomeni di radioresistenza osservati in molti tumori”.

Riferimenti:
Low dose rate γ-irradiation protects fruit fly chromosomes from double strand breaks and telomere fusions by reducing the esi-RNA biogenesis factor Loquacious – Antonella Porrazzo, Francesca Cipressa, Alex De Gregorio, Cristiano De Pittà, Gabriele Sales, Laura Ciapponi, Patrizia Morciano, Giuseppe Esposito, Maria Vittoria Tabocchini, Giovanni Cenci – Communications Biology (2022) https://doi.org/10.1038/s42003-022-03885-w

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Economia

Diseguaglianze socio-economiche e uso problematico dei social media negli adolescenti

By ScientifiCult 15 Settembre 2022

DISEGUAGLIANZE SOCIO-ECONOMICHE E USO PROBLEMATICO DEI SOCIAL MEDIA NEGLI ADOLESCENTI

Per la prima volta si è analizzata questa relazione in un campione cross-nazionale di 180.000 soggetti appartenenti a oltre 6.200 scuole di 43 paesi o regioni territoriali

C’è una correlazione tra diseguaglianze socio-economiche e uso problematico dei social media (siti di social network e di messaggi istantanei) comunemente usati dagli adolescenti?

Lo studio pubblicato su «Information, Communication & Society» dal titolo “Can an equal world reduce problematic social media use? Evidence from the Health Behaviour in School-aged Children study in 43 countries” – frutto di una collaborazione internazionale e che ha come prima firma la professoressa Michela Lenzi del Dipartimento di Psicologia dello Sviluppo e della Socializzazione dell’Università di Padova – ha preso in esame un campione di circa 180.000 adolescenti dell’età di 11, 13 e 15 anni iscritti a oltre 6.200 scuole di 43 paesi o regioni territoriali e appartenenti al network Health Behaviours in School-aged Children, uno studio cross-nazionale promosso dall’Organizzazione Mondiale della Sanità che viene svolto ogni quattro anni.

Michela Lenzi DISEGUAGLIANZE SOCIO-ECONOMICHE E USO PROBLEMATICO DEI SOCIAL MEDIA NEGLI ADOLESCENTI — Michela Lenzi

Per la prima volta si è analizzata la relazione tra le diseguaglianze socio-economiche (misurata a vari livelli come la scuola e le nazioni) e l’uso problematico dei social media in un campione cross-nazionale. I risultati dell’indagine indicano che la correlazione esiste e che il luogo ideale per prevenire tali effetti sia la scuola perché è in questo contesto che le conseguenze delle diseguaglianze si fanno maggiormente sentire in adolescenza.

La ricerca

Circa 180.00 adolescenti – rispettivamente di 11, 13 e 15 anni, di differenti nazioni, campionati per tipologia di scuola e classe frequentata – hanno compilato un questionario contenente domande sul loro benessere, sui comportamenti legati alla salute e sulle caratteristiche dei contesti di vita.

I ricercatori hanno ipotizzato che il confronto sociale potesse rappresentare il processo che accomuna e collega due fenomeni: l’uso dei social media e le diseguaglianze socio-economiche. La letteratura scientifica aveva già validato, in altre pubblicazioni, le conseguenze negative delle diseguaglianze socio-economiche – riscontrate ad esempio per nazione, regione o quartiere – sul benessere psicologico e fisico degli adolescenti. Esiste un solido consenso tra i ricercatori sulla circostanza che in una società con molti “gradini” lo status diventa più saliente, difficile da ignorare e lo rende, anche nei soggetti appartenenti alle classi abbienti, più percepibile come svantaggioso della situazione vissuta dai singoli. Queste circostanze generano lo sviluppo di una “forte preoccupazione” per il proprio status le cui conseguenze si possono polarizzare in “sentimenti di inferiorità e vergogna” o, alternativamente, in una “tendenza ad amplificare artificialmente il proprio ego”.

Quale modo migliore allora per analizzare i processi di confronto sociale se non i social media, luoghi in cui, soprattutto in adolescenza, questo paragone è molto comune?

I ricercatori si sono chiesti se vivere in contesti molto diseguali, a scuola o in nazioni diverse, aumenti il rischio di uso problematico dei social media, con conseguenze negative sulla vita quotidiana come ad esempio una mancanza di controllo o effetti dannosi sulle relazioni sociali.

I risultati

Gli esiti della ricerca mostrano che le diseguaglianze socio-economiche, misurate a vari livelli, hanno una relazione diretta con l’uso problematico dei social media.

In particolare, a scuola più lo status socio-economico degli adolescenti si allontana, in media, da quello degli studenti più ricchi dell’istituto, maggiore è il rischio di fare un uso problematico dei social media, a prescindere dalla ricchezza assoluta.

Nel contesto scolastico, il livello medio nel divario di ricchezza tra gli studenti di una scuola (che è un indice riassuntivo della scuola, non la posizione relativa dello studente o della studentessa), si associa ad un maggiore uso problematico dei social media, soprattutto tra le ragazze e i ragazzi che hanno minor sostegno da parte degli amici.

A livello nazionale esiste una relazione tra diseguaglianze e uso problematico dei social media solo per gli adolescenti con basso livello di sostegno familiare. Le spiegazioni di questi risultati devono essere indagate in maniera più approfondita. Infatti da un lato la preoccupazione per il proprio status, favorito dal vivere in contesti diseguali, può portare l’adolescente a cercare sui social una distrazione o uno sfogo di sentimenti negativi. Dall’altro i social media offrono la possibilità di cercare modelli alternativi con cui confrontarsi e di plasmare la propria immagine amplificandone gli aspetti positivi, tutti processi che potenzialmente portano ad un uso problematico.

«Lo studio va ad ampliare la nostra conoscenza sugli effetti negativi che elevati livelli di diseguaglianza possono avere sul benessere. Interventi mirati a ridurre le diseguaglianze socio-economiche potrebbero quindi avere ripercussioni positive anche nella prevenzione dell’uso problematico dei social media, oltre che su una grande varietà di conseguenze sanitarie e sociali come l’uso di sostanze, le gravidanze adolescenziali e l’obesità – dice la professoressa Michela Lenzi, prima autrice della ricerca pubblicata –. Secondo i nostri risultati possiamo affermare che proprio nel contesto scolastico le conseguenze delle diseguaglianze si fanno sentire in adolescenza. Inoltre è la scuola il luogo ideale per prevenire tali effetti. Come? Lavorando sulla percezione dello status socio-economico e sul valore ad esso attribuito nella nostra società, riducendo la tendenza a considerarlo una misura del valore personale, ma anche promuovendo la coesione e il sostegno tra studenti e l’insegnamento di competenze emotive, sociali e digitali. Affinché questi interventi possano essere efficaci è importante che siano associati a politiche che promuovano maggiori livelli di uguaglianza a livello nazionale».

Link alla ricerca: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/1369118X.2022.2109981

Titolo: “Can an equal world reduce problematic social media use? Evidence from the Health Behavior in School-aged Children study in 43 countries” – «Information, Communication & Society» – 2022

Autori: Michela Lenzi, Frank J. Elgar,Claudia Marino, Natale Canale, Alessio Vieno, Paola Berchialla, Gonneke W. J. M. Steven, Meyran Boniel-Nissim, Regina J. J. M. van den Eijnden & Nelli Lyyra

Testo e foto dall’Università degli Studi di Padova

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Astronomia

Solar Orbiter osserva per la prima volta uno “switchback”

By ScientifiCult 12 Settembre 2022

SOLAR ORBITER RISOLVE IL MISTERO DEGLI “SWITCHBACK”

L’osservatorio spaziale vicino ai segreti del Sole

Hanno partecipato alla ricerca coordinata da Daniele Telloni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica – Osservatorio Astrofisico di Torino ricercatori dell’Università di Padova, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, dell’Agenzia Spaziale Italiana, delle Università di Firenze e di Urbino, del Consiglio Nazionale delle Ricerche, dell’Università dell’Alabama a Huntsville e di altri prestigiosi atenei stranieri.

Il 25 marzo 2022 Metis, il coronografo italiano a bordo della sonda ESA/NASA Solar Orbiter, ha osservato per la prima volta nella corona, cioè nello strato più esterno dell’atmosfera del Sole, una struttura magnetica a forma di S, il cosiddetto switchback, che si propaga nello spazio interplanetario. Comprendere l’origine degli switchback è di particolare rilevanza in quanto il meccanismo che li forma potrebbe spiegare anche l’origine dell’accelerazione del vento solare, cioè del flusso di particelle cariche emesse costantemente dal Sole che viaggia verso l’esterno nel Sistema Solare e che, investendo la magnetosfera e l’atmosfera terrestre, dà origine alle bellissime aurore boreali e australi.

«Finora gli switchbacks erano stati misurati solo in situ, cioè da sonde poste a bordo di satelliti che ne sono state attraversate, ma non erano mai stati realmente “visti”, cioè non ne erano mati state scattate delle foto – spiega il Prof. Giampiero Naletto del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova e che ha avuto il ruolo di experiment manager nella fase di realizzazione di Metis –. Metis è uno strumento a guida italiana molto complesso, la cui realizzazione ha dovuto superare varie difficoltà e che ha richiesto molti anni di lavoro di un team internazionale. Ma questi risultati unici che ci permettono di avanzare significativamente nella conoscenza del mondo che ci circonda e che avranno sicuramente in futuro ricadute nel progresso scientifico, tecnologico e sociale, compensano largamente lo sforzo profuso e stimolano tutti noi e in particolare i giovani ricercatori a perseguire nello sviluppo della ricerca».

«È grazie alla qualità dello strumento Metis, alla circostanza che stiamo osservando il Sole da molto vicino e anche ad un po’ di fortuna, che si è potuto ottenere per la prima volta una immagine di questo particolare fenomeno solare – confermano i dottorandi Chiara Casini e Paolo Chioetto del CISAS, il Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “G. Colombo” dell’Ateneo».

L’indagine, coordinata da Daniele Telloni dell’Istituto Nazionale di Astrofisica – Osservatorio Astrofisico di Torino che ha riconosciuto l’evento associandolo a uno studio sugli switchbacks proposto nel 2020 dal Prof. Gary Zank dell’Università dell’Alabama a Huntsville, sarà pubblicata oggi sulla rivista «The Astrophysical Journal Letters» e presentata nel corso dell’8th Solar Orbiter Workshop a Belfast in Irlanda. Hanno firmato l’articolo dal titolo “Observation of a magnetic switchback in the solar corona” ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, dell’Agenzia Spaziale Italiana, delle Università di Firenze, di Padova e di Urbino, del Consiglio Nazionale delle Ricerche, dell’Università dell’Alabama a Huntsville e di altri prestigiosi Atenei stranieri.

Le misure in situ degli switchbacks realizzate negli anni precedenti avevano consentito a un team internazionale di scienziati di interpretarne l’origine sulla base dell’interchange reconnection e di un modello matematico che ne descrive dettagliatamente genesi e sviluppo. Tuttavia questa interpretazione non era mai stata confermata da un’osservazione diretta di uno switchback.

«La prima immagine scattata da Metis che Daniele Telloni mi ha mostrato – racconta Gary Zank – ha suggerito da subito una corrispondenza con il modello matematico che abbiamo sviluppato tempo fa. Ma entrambi abbiamo dovuto frenare il nostro entusiasmo fino a quando la comparazione di analisi più dettagliate prodotte dal coronografo ha confermato l’ipotesi attraverso risultati assolutamente spettacolari!».

«La prima immagine di uno switchback nella corona solare ha svelato senz’altro il mistero della sua origine – commenta Daniele Telloni –. Continuando a studiare il fenomeno potremmo riuscire a far luce sui processi che accelerano il vento solare e lo riscaldano a grandi distanze dal Sole».

Lo studio del Sole e del vento solare prosegue, quindi, grazie a Solar Orbiter: la prima sonda a portare sia strumenti di telerilevamento, sia in situ a un terzo della distanza Terra-Sole.

«Questo è esattamente il tipo di risultato che speravamo di ottenere con Solar Orbiter – conclude Daniel Müller, ESA Project Scientist per Solar Orbiter –. Grazie ai dieci strumenti che si trovano a bordo della sonda spaziale, raccogliamo una quantità di dati sempre maggiore e, sulla base di risultati come quello appena raggiunto, perfezioniamo le osservazioni pianificate per la sonda. Quello appena effettuato è infatti solo il primo passaggio ravvicinato di Solar Orbiter al Sole, durante i prossimi proveremo a capire in che modo la nostra stella si collega al più ampio ambiente magnetico del Sistema Solare, insomma prevediamo di ottenere molti altri risultati entusiasmanti».

Testo, video e foto dall’Università degli Studi di Padova

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Chimica

Progetto di ricerca “ContaRiNe” per la valutazione dei contaminanti emergenti

By ScientifiCult 2 Settembre 2022

PROGETTO DI RICERCA “CONTARINE”

Università di Padova, Etra SpA e Acque del Chiampo SpA per la valutazione dei nuovi contaminanti

Nuovi protocolli per rispondere in modo dinamico e flessibile alla gestione dei contaminanti emergenti, sfruttando le possibilità offerte dalle nuove tecnologie in ambito analitico-ambientale, e integrando le conoscenze per potenziare in modo condiviso i metodi e i sistemi di monitoraggio più adeguati alla tutela della qualità delle fonti idropotabili anche per rispondere alle crescenti richieste dei cittadini. Per migliorare la tutela della salute dell’uomo e dell’ambiente grazie alla completezza della sorveglianza, all’utilizzo di un reale approccio preventivo e alla tempestività di intervento

contaminanti emergenti Progetto Contarine — Il nuovo Progetto di ricerca CONTARINE: “CONTAminanti emergenti: nuovi protocolli analitici per la valutazione del RIschio chimico NEi corpi idrici veneti”. Foto di Yogendra Singh

Ottimizzare protocolli analitici in grado di identificare sostanze chimiche, sia di origine naturale sia antropica, non oggetto di ordinario controllo ma possibili contaminanti dell’acqua: questi gli obiettivi del Progetto “CONTAminanti emergenti: nuovi protocolli analitici per la valutazione del RIschio chimico NEi corpi idrici veneti”, in particolare nelle fonti idropotabili.

Coinvolti il Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova insieme a Etra SpA e Acque del Chiampo SpA, gestori idrici delle province di Padova e Vicenza che hanno cofinanziato la ricerca con 50 mila euro ciascuno, insieme all’Università di Padova. Il progetto avrà una durata di 24 mesi e ambisce a proporsi come modello metodologico di approccio su ampia scala.

Una collaborazione vincente

Si tratta di un esempio virtuoso di collaborazione tra Università di Padova e gestori idrici del Veneto che si distinguono per il costante interesse verso la ricerca scientifica, convinti che possa risolvere o, meglio, prevenire le emergenze idropotabili.

«Siamo orgogliosi di essere parte di un progetto scientifico innovativo e originale che si propone di offrire dei protocolli operativi a tutela della salute dell’uomo e dell’ambiente e che ci auguriamo possa diventare un modello non solo nei nostri ambiti territoriali – spiegano i presidenti di Etra SpA, Flavio Frasson e di Acque del Chiampo SpA, Renzo Marcigaglia –. Questo progetto è per noi molto importante: ci permetterà di aumentare la conoscenza dello stato di qualità delle nostre fonti, di valutare l’efficienza dei nostri processi e l’eventuale necessità di introdurne di nuovi per il possibile abbattimento di contaminanti emergenti. Non basta, infatti, limitarsi alla semplice descrizione del problema ambientale, ma bisogna individuare le soluzioni tecniche di contenimento delle contaminazioni, azioni queste che potrebbero ricadere al di fuori del nostro ambito di azione (ad esempio azioni di tutela delle aree di salvaguardia). Mettiamo a disposizione la nostra conoscenza del territorio, i dati, le informazioni e l’accesso alla rete impiantistica, indispensabili per il lavoro dei ricercatori. La ricerca vuole essere, poi, uno stimolo alla condivisione di informazioni e dati tra i soggetti che, in diversi ambiti di competenza, operano monitoraggi a protezione del territorio e della salute».

I “nuovi” contaminanti

Basandoci sull’approccio preventivo dei Piani di Sicurezza dell’Acqua (PSA, Water Safety Plan), il piano di monitoraggio analitico viene elaborato in funzione di un’analisi del rischio sito-specifica. L’ identificazione e quantificazione di contaminanti emergenti risulta, però, essere molto complessa, richiedendo tecnologie analitiche avanzate; queste sostanze infatti sono spesso presenti in tracce e non si dispone in molti casi di una metodica standardizzata per la loro determinazione.

In generale, per molti contaminanti emergenti le informazioni sulla distribuzione, concentrazione e impatto sull’ambiente sono ancora insufficienti nella letteratura scientifica. Inoltre, la mancanza o la presenza di dati ecotossicologici o tossicologici incompleti impedisce la corretta valutazione dei rischi associata all’esposizione animale o umana. Di conseguenza, per il Regolatore risulta difficile determinare e stabilire i limiti massimi di concentrazione nello scarico delle acque reflue, nell’acqua potabile e nell’ambiente in generale e, quindi, controllarne le vendite e l’utilizzo.

I risultati attesi

«Il progetto permetterà di implementare metodi analitici innovativi per il monitoraggio delle fonti idropotabili – spiega la professoressa Sara Bogialli del Dipartimento di Scienze Chimiche dell’Ateneo patavino e coordinatrice scientifica del progetto –. Le analisi integrate potranno evidenziare la presenza di alcuni composti chimici non noti in relazione ai monitoraggi convenzionali, anche caratteristici di alcuni scenari di contaminazione del territorio (ad esempio farmaci da strutture ospedaliere, pesticidi da attività agricole, prodotti di sintesi da industrie locali), da proporre come markers o traccianti. L’analisi chimica di tali markers potrà essere inserita nelle analisi oggetto di ordinario controllo dei laboratori degli enti gestori, fornendo uno strumento veloce e indipendente di controllo della qualità delle acque e dei trattamenti riferibile a contaminanti emergenti. Non solo, nel caso si evidenziasse la presenza di una significativa sorgente di contaminazione sarà possibile seguirne la variazione nella rete impiantistica, e l’eventuale efficienza dei processi di trattamento».

Gli esiti dell’indagine analitica saranno integrati dai gestori alle altre informazioni del sistema in loro possesso e serviranno per l’aggiornamento dell’analisi del rischio chimico all’interno del team del Piano di Sicurezza Acquedotto, in collaborazione con gli enti preposti e con il supporto scientifico dell’Università. Le informazioni ottenute dal progetto saranno inoltre utili per la definizione di protocolli che mirano a prevenire efficacemente emergenze idro-potabili dovute a parametri non oggetto di ordinario monitoraggio, per la valutazione di sistemi on-line e early-warning per intercettare precocemente eventi di contaminazioni e per l’eventuale ridefinizione delle zone di protezione delle aree di captazione delle acque.

Contaminanti emergenti: cosa sono?

I contaminanti emergenti sono sostanze chimiche di origine naturale o antropica, di recente scoperta o rivalutazione scientifica in vari comparti ambientali (es. acque potabili, reflue, superficiali o sotterranee, etc.), considerati potenzialmente tossici, persistenti o bioaccumulabili, e quindi interferenti con i normali processi biologici coinvolti nel metabolismo di un essere vivente. Comprendono diverse classi di sostanze chimiche, spesso marcatori di presenza antropica come prodotti farmaceutici e per la cura personale (Personal Care Products, PCPs), interferenti endocrini, sostanze perfluorurate (es. PFAS), pesticidi, plastificanti, ritardanti di fiamma. Tra i contaminanti emergenti si collocano anche sostanze non antropogeniche, come vari composti naturali quali tossine di origine animale, vegetale o batterica. Tra i principali effetti negativi sulla salute umana imputabili all’esposizione a queste sostanze chimiche, ci sono la disregolazione e modificazione dei normali processi fisiologici, alterazioni dei processi riproduttivi e di sviluppo, aumento dell’incidenza di cancro e sviluppo di batteri resistenti agli antibiotici.

Testo dall’Università degli Studi di Padova sul progetto CONTARINE.

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Astronomia

Misurato il “combustibile” delle galassie di 4 miliardi di anni fa

By ScientifiCult 29 Agosto 2022

MISURATO IL “COMBUSTIBILE” DELLE GALASSIE DI 4 MILIARDI DI ANNI FA

Lo studio dell’Università di Padova e INAF pubblicato su «Astrophysical Journal Letters» indica che queste galassie lontane hanno riserve di idrogeno atomico comparabili a quelle delle galassie più vicine

L’evoluzione di una galassia è caratterizzata dalla formazione di nuove stelle e dalla trasformazione di quelle preesistenti. Lo scenario standard della formazione stellare nelle galassie prevede che ci sia stato un picco di attività circa 11-12 miliardi di anni fa e che da allora le galassie abbiano cominciato a formare progressivamente sempre meno stelle. Ma cosa determina questo comportamento?
Le stelle si formano a partire dal collasso di dense nubi di idrogeno molecolare che a loro volta si formano quando gli atomi di idrogeno neutro si legano insieme. Una galassia “consuma” idrogeno neutro, lo trasforma in idrogeno molecolare e, successivamente, in stelle. Per mantenere attiva la formazione di nuove stelle, una galassia, quindi, necessita di un continuo rifornimento di idrogeno atomico.

Come si genera il nuovo idrogeno neutro all’interno delle galassie? La letteratura scientifica suggerisce due vie: l’accrescimento di gas diffuso dal mezzo intergalattico (accrescimento cosmologico), la fusione di galassie (galaxy merging). Finora le relazioni che legano l’idrogeno neutro, ad altre proprietà osservabili delle galassie, è stato osservato in modo diretto solo nell’Universo vicino, corrispondente all’ultimo miliardo di anni.

Nell’articolo dal titolo “MIGHTEE-Hi: Evolution of Hi Scaling Relations of Star-forming Galaxies at z < 0.5” pubblicato su «Astrophysical Journal Letters», il team di ricerca guidato da Francesco Sinigaglia, dottorando al Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova e associato all’Istituto Nazionale di Astrofisica – unitamente ai ricercatori di MIGHTEE (MeerKAT International GHz Tiered Extragalactic Exploration) – ha misurato per la prima volta le relazioni che legano la massa di idrogeno atomico alla massa stellare e al tasso di formazione stellare in galassie a una distanza corrispondente a 4 miliardi di anni fa.

«Abbiamo osservato, a una distanza mai raggiunta finora, come la variazione di idrogeno atomico muti in funzione della quantità di stelle e del tasso di formazione stellare in lontane galassie “attive” (star-forming) – spiega Francesco Sinigaglia, primo autore dello studio –. I risultati indicano che queste galassie lontane 4-5 miliardi di anni hanno riserve di idrogeno atomico comparabili a quelle delle galassie attuali, soprattutto nel caso delle galassie massicce. Questo dato, sapendo che la formazione delle stelle consuma rapidamente l’idrogeno atomico, può essere spiegato ipotizzando che esista un meccanismo che “rifornisce” di idrogeno atomico, in modo efficiente e dall’esterno, le galassie. Puntiamo in futuro a interpretare, utilizzando modelli teorici, quale meccanismo di rifornimento di idrogeno sia quello predominante ai fini di spiegare i risultati ottenuti dalle osservazioni».

«Sebbene sia evidente che l’idrogeno atomico rivesta un ruolo fondamentale, poiché è l’ingrediente primario per poter formare stelle, non è chiaro se si “limiti” a essere tale o se influenzi in modo più profondo la storia e la modalità di formazione stellare. Ecco perché diventa fondamentale capire se esistano o meno correlazioni tra la massa di idrogeno atomico e le altre proprietà delle galassie – afferma Giulia Rodighiero, Professoressa del Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei” dell’Università di Padova e coordinatrice locale della partecipazione in MIGHTEE –. Per far questo ci servono sia i dati sull’idrogeno neutro provenienti da MeerKAT, situato in Sudafrica, che quelli sull’idrogeno molecolare ottenuti con telescopi submillimetrici come ALMA, situato in Cile nel deserto di Atacama».

«In futuro estenderemo, anche attraverso nuovi dati provenienti da MeerKAT e da altri radiotelescopi, lo studio a distanze maggiori e a nuove proprietà galattiche per capire come l’interazione con altre galassie, e in generale l’ambiente in cui esse vivono, influenzi la massa di idrogeno. Utilissima – conclude Sinigaglia – sarà quindi la collaborazione al progetto SKA (Square Kilometre Array), una delle infrastrutture astronomiche più grandi e affascinanti operativo a partire dal 2030, che ha come obiettivo la costruzione della più grande rete di radiotelescopi al mondo tra Australia e Sudafrica».

Link all’articolo: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac85ae

Titolo: “MIGHTEE-HI: Evolution of HI Scaling Relations of Star-forming Galaxies at z<0.5” – «Astrophysical Journal Letters» 2022

Autori: Francesco Sinigaglia, Giulia Rodighiero, Ed Elson, Mattia Vaccari, Natasha Maddox, Bradley S. Frank, Matt J. Jarvis, Tom Oosterloo, Romeel Davé, Mara Salvato, Maarten Baes, Sabine Bellstedt, Laura Bisigello, Jordan D. Collier, Robin H. W. Cook, Luke J. M. Davies, Jacinta Delhaize, Simon P. Driver, Caroline Foster, Sushma Kurapati, Claudia del P. Lagos, Christopher Lidman, Pavel E. Mancera Piña, Martin J. Meyer, K. Moses Mogotsi, Hengxing Pan, Anastasia A. Ponomareva, Isabella Prandoni, Sambatriniaina H. A. Rajohnson, Aaron S. G. Robotham, Mario G. Santos, Srikrishna Sekhar, Kristine Spekkens, Jessica E. Thorne, Jan M. van der Hulst, and O. Ivy Wong

Testo e foto dall’Università degli Studi di Padova

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Psicologia e Neuroscienze

I bambini ascoltano e “prevedono” cosa gli riserva il futuro

By ScientifiCult 2 Agosto 2022

I BAMBINI ASCOLTANO E “PREVEDONO” COSA GLI RISERVA IL FUTURO

Pubblicato su «Scientific Reports» lo studio coordinato dall’Università di Padova in cui si spiega la capacità che hanno i bambini di soli 4 mesi nell’anticipare un evento a seconda del suono sentito. Una voce è in grado di pre-attivare i circuiti neurali coinvolti nella percezione visiva dei volti circa un secondo prima di vederli comparire. È la prima dimostrazione scientifica che i bambini molto piccoli possono prepararsi all’incontro di stimoli socialmente rilevanti.

Quando percepiamo suoni o individuiamo immagini l’attività del cervello non è tutta utilizzata per elaborare le caratteristiche fisiche e i significati che ne scaturiscono. Al contrario solo una piccola parte della nostra attività cerebrale (dall’1 al 5 % circa) si “mobilita” in risposta ad eventi esterni, nel restante 95% il cervello è continuamente coinvolto nel formulare predizioni probabilistiche sugli eventi che si potrebbero verificare nell’ambiente.

Queste ipotesi vengono poi sistematicamente, e spesso inconsapevolmente, confrontate con la realtà in maniera da arrivare a una corretta interpretazione di ciò che si è sentito o veduto. Ma da che età siamo in grado di predire ciò che accadrà nell’ambiente a seconda di ciò che percepiamo?

Il team di ricercatori dell’Università di Padova nello studio dal titolo “Face specific neural anticipatory activity in infants 4 and 9 months old” pubblicato sulla rivista «Scientific Reports» ha per la prima volta risposto a questa domanda.

Supponiamo che qualcuno bussi alla nostra porta. Prima ancora di conoscere chi entrerà sappiamo che si tratta di una persona e non, ad esempio, di un cane. Successivamente, una volta che il soggetto ha varcato la soglia, il nostro cervello si organizzerà in modo da focalizzarsi su alcuni elementi cruciali per l’interazione sociale come l’espressione del viso, la postura del corpo e l’intonazione della voce per capire, in un batter d’occhio, se l’interlocutore è una persona amichevole o no. Il cervello funziona quindi in maniera predittiva, ma, cosa più importante, è in grado di pre-attivarsi innescando network neurali specifici sulla base della natura dello stimolo atteso.

Ipotizzare cosa riserva il futuro ci permette di ottimizzare le nostre risorse mentali e fisiche per reagire meglio e più velocemente agli eventi, aumentando le nostre probabilità di sopravvivenza. Ovviamente non si tratta di premonizione, ma di processi che si basano su eventi fisici naturali come, ad esempio, la regolarità sensoriale di alcuni stimoli ambientali (un ritmo musicale o un movimento ripetitivo) o l’apprendimento associativo tra situazioni che tendono a presentarsi insieme (il “toc toc” alla porta e la successiva comparsa di un viso).

«Questo ciclo continuo di predizione-verifica-aggiornamento è noto in letteratura come predictive brain e definisce il sottile equilibrio che regola l’interfaccia tra il nostro mondo interiore e tutto ciò che è esterno a noi. Nonostante la significativa importanza del nostro cervello predittivo – dice il Professore Giovanni Mento del Dipartimento di Psicologia dell’Università degli studi di Padova e primo autore dello studio – nessuno studio finora aveva investigato il suo sviluppo nei primissimi mesi di vita. In questa ricerca è stata ricostruita l’attività cerebrale in tre classi di soggetti – adulti, bambini di 9 mesi e piccoli di 4 mesi – a partire dalla loro attività elettrica corticale (EEG) durante la presentazione di volti o di oggetti rispettivamente preceduti da una voce umana o da suoni non umani. I risultati suggeriscono che anche nel gruppo dei bambini di 4 mesi si rileva un’attivazione neurale che rispecchia la capacità di anticipare l’evento a seconda del suono sentito. In altre parole, il semplice suono di una voce umana è in grado di pre-attivare i circuiti neurali coinvolti nella percezione visiva dei volti circa un secondo prima di vederli comparire su uno schermo».

«È la prima dimostrazione scientifica che i bambini molto piccoli possono prepararsi all’incontro di stimoli socialmente rilevanti come nel caso dei volti attivando i meccanismi neurali sottostanti che serviranno ad elaborare i volti ancora prima della loro effettiva presentazione – sottolinea la Professoressa Teresa Farroni, Dipartimento di Psicologia dello Sviluppo e della Socialiazzazione dell’Università di Padova che ha supervisionato il progetto di ricerca –. Questa competenza precoce costituisce un prerequisito fondamentale nello sviluppo dell’essere umano al fine di garantire fin da subito la possibilità di comunicare con altri consimili».

Link alla ricerca: https://www.nature.com/articles/s41598-022-17273-1

Titolo: “Face specific neural anticipatory activity in infants 4 and 9 months old” – «Scientific Reports» – 2022

Autori: Giovanni Mento, Gian Marco Duma, Eloisa Valenza & Teresa Farroni

Testo e foto dall’Università degli Studi di Padova

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Matematica

Misurare i diversi stati di coscienza con la teoria frattale

By ScientifiCult 22 Luglio 2022

CAOS E COSCIENZA – Misurare i diversi stati di coscienza mediante la teoria frattale è 11 volte più efficace nel diagnosticare pazienti con stato di coscienza minimo e stato vegetativo rispetto alle tecniche elettrofisiologiche normalmente usate nella pratica clinica

Diagnosticare accuratamente il disturbo della coscienza è molto complesso soprattutto in pazienti in stato vegetativo e di minima coscienza. Circa il 40% dei pazienti con tale disturbo sono erroneamente diagnosticati, in particolar modo quando scale comportamentali specificatamente progettate sono impiegate o somministrate in modo improprio. Per migliorare l’accuratezza diagnostica vengono utilizzate tecniche di neuroimaging ed elettrofisiologiche insieme alle scale comportamentali. Nonostante ciò, non è stata raggiunta un’accuratezza di diagnosi soddisfacente.

Un nuovo strumento per affrontare questa sfida arriva dalla teoria del caos: la dimensione frattale che consente di migliorare notevolmente l’accuratezza di tale diagnosi. Questo è il risultato dello studio multicentrico guidato dall’Università degli Studi Padova e pubblicato su International Journal of Neural Systems.

La definizione di coscienza rappresenta ancora una delle questioni più impegnative e aperte nelle neuroscienze. Molte teorie suggeriscono che ciò non dipenda dall’attività di una specifica regione del cervello, ma piuttosto derivi da complesse reti tra diverse regioni cerebrali. La coscienza è clinicamente classificata in veglia (cioè la presenza di periodi spontanei di apertura degli occhi) e consapevolezza (cioè la capacità di un soggetto di rispondere agli stimoli interni/esterni). Sulla base di queste due classificazioni, i pazienti con disturbi della coscienza (DOC) potrebbero essere suddivisi in diversi stati di coscienza come coma, stato vegetativo (VS) e stato di coscienza minimo (MCS). Il termine VS si riferisce a pazienti che sembrano essere svegli con cicli di chiusura e apertura degli occhi ma senza alcun segno di risposta intenzionale (nessuna consapevolezza), mentre MCS si riferisce a pazienti con risposte deboli e volontarie incoerenti. La diagnosi di DOC si limita alla valutazione clinica delle risposte motorie principalmente alterate o non rilevabili per i pazienti con VS e MCS. Tra le diverse scale disponibili in letteratura, la Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R) è la più utilizzata. L’uso corretto di questa scala ha migliorato significativamente l’affidabilità della diagnosi nella routine clinica. Tuttavia, la complessità della valutazione comportamentale in questo tipo di pazienti si riflette ancora in un’elevata percentuale di diagnosi errate tra i pazienti con MCS e VS. L’alto tasso di diagnosi errate rappresenta una importante sfida per i neurologi per migliorare la prognosi e la selezione di trattamenti terapeutici personalizzati ed efficaci.

Misurare i diversi stati di coscienza mediante la teoria frattale è 11 volte più efficace nel diagnosticare pazienti con stato di coscienza minimo e stato vegetativo rispetto alle tecniche elettrofisiologiche normalmente usate nella pratica clinica. Immagine di Stefan Steinbauer

Per aiutare i neurologi in questa complessa diagnosi sono stati proposti numerosi modelli matematici. Il più promettente deriva dalla teoria del caos: la dimensione frattale. Il termine frattale venne coniato nel 1975 da Benoît Mandelbrot nel libro “Les Objects Fractals: Forme, Hazard et Dimension”, per descrivere alcuni comportamenti matematici che sembravano avere un comportamento “caotico”, e deriva dal latino fractus (rotto, spezzato), così come il termine frazione; infatti le immagini frattali sono considerati tutti quegli oggetti che non possono essere misurati mediante la geometria euclidea e che si trovano nel mezzo dello spazio 1D e 2D oppure 2D e 3D. Un oggetto frattale, è quindi, un oggetto geometrico che ripete infinite volte la sua forma su scale diverse: ingrandendo una sua parte qualunque, si ottiene dunque un oggetto simile all’originale.

Un team multicentrico guidato dal Prof. Camillo Porcaro dell’Università degli Studi di Padova e del Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di scienze e tecnologie della cognizione (CNR-Istc) di Roma ha applicato i concetti di dimensione frattale su un gruppo di pazienti VS e MCS e su uno gruppo di controllo di volontari sani e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista International Journal of Neural Systems

«L’idea di applicare i frattali allo studio dei pazienti DOC nasce proprio dall’ipotesi che l’attività cerebrale si ripete con pattern sempre più complessi tanto più il cervello è in uno stato di coscienza. Per dimostrare l’efficacia della dimensione frattale nel classificare i due stati di coscienza (VS e MCS) è stato usato l’algoritmo “Higuchi’s fractal dimension. Una volta stimata la dimensione frattale dell’attività cerebrale registrata su questi pazienti mediante l’elettroencefalografia (EEG) – spiega Camillo Porcaro – è stato dimostrato che la dimensione frattale è 11 volte più efficace nel diagnosticare pazienti MCS e VS rispetto alle tecniche elettrofisiologiche normalmente usate nella pratica clinica. Abbiamo anche utilizzato metodi di Machine Learning per classificare in modo automatico i pazienti MCS da quelli VS e dal gruppo di controllo ottenendo un’accuratezza di circa il 90%».

I risultati ottenuti dal team di ingegneri, neurologi e neuroscienziati aprono nuove vie nella diagnosi dei pazienti DOC indicando la dimensione frattale come un marker abile a discriminare i pazienti a minima coscienza da quelli nello stato vegetativo e aiutare a ridurre le diagnosi errate nella pratica clinica.

Link alla ricerca: https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0129065722500319

Titolo: “Fractal Dimension Feature as a Signature of Severity in Disorders of Consciousness: An EEG Study” – IJNS (2022)

Autori: Camillo Porcaro, Marco Marino, Simone Carozzo, Miriam Russo, Maria Ursino, Valentina Ruggiero, Carmela Ragno, Stefania Proto, Paolo Tonin

Testo e foto dall’Università degli Studi di Padova

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Economia

Abitare coi nonni rende più bilanciata la divisione del lavoro domestico

By ScientifiCult 14 Luglio 2022

Abitare con i nonni rende più bilanciata la divisione del lavoro domestico all’interno della coppia

Un’indagine su dati ISTAT realizzata da due studiosi dell’Università di Bologna e dell’Università di Padova mostra come la presenza in casa dei nonni aiuti ad alleggerire il peso dei lavori domestici più routinari, che ancora oggi gravano spesso sulle spalle delle donne.

Quando i nonni vivono sotto lo stesso tetto con genitori e nipoti, la divisione delle faccende domestiche all’interno della coppia è più egualitaria e quindi meno sbilanciata a sfavore delle donne. È la conclusione di uno studio pubblicato sulla rivista GENUS e firmato da Marco Albertini (Università di Bologna) e Marco Tosi (Università di Padova).

Abitare con i nonni rende più bilanciata la divisione del lavoro domestico all’interno della coppia. Foto di tookapic

Gli studiosi hanno analizzato la distribuzione asimmetrica dei compiti domestici all’interno delle coppie di genitori italiani in relazione ai rapporti tra nonni, genitori e nipoti. Una distribuzione che non viene alterata da incontri faccia a faccia più o meno frequenti con i nonni non conviventi, ma diventa invece più bilanciata all’interno della coppia quando i nonni sono parte stabile del nucleo familiare.

“In termini di equità nella divisione del lavoro domestico, avere dei nonni che vivono in casa ha un effetto comparabile a quello di pagare un aiutante domestico e maggiore di quello di una baby sitter assunta”, spiega Marco Albertini. “Esternalizzare il lavoro domestico tende dunque a favorire l’equità di genere all’interno delle coppie”.

Negli ultimi anni, il ruolo dei nonni è diventato sempre più centrale, sia nell’influenzare le scelte riproduttive delle coppie, sia nel favorire la conciliazione tra vita familiare e vita lavorativa. Diversi studi hanno mostrato, ad esempio, come la presenza dei nonni in famiglia favorisca la partecipazione delle donne al mercato del lavoro, o anche come vada ad incentivare il benessere sia dei nipoti e che dei nonni stessi. Un’attenzione minore è stata però dedicata a come i rapporti tra nonni, genitori e nipoti possano influenzare la divisione del lavoro domestico all’interno delle coppie.

Nell’ambito dei compiti familiari, negli ultimi decenni si è assistito infatti ad una distribuzione progressivamente più equa rispetto alla cura dei figli, in particolare tra le coppie con un alto livello di istruzione. Lo stesso non è però accaduto per quanto riguarda la distribuzione dei compiti domestici più routinari come cucinare, pulire la casa, fare il bucato e occuparsi della spesa: compiti che ancora oggi, in genere, vengono portati avanti in larga parte dalle donne.

Per capire se questo fenomeno possa essere influenzato dalla presenza dei nonni in famiglia, gli studiosi hanno quindi realizzato un’analisi a partire dai dati del rapporto ISTAT “Famiglie e Soggetti sociali”. Lo studio ha mostrato che la presenza dei nonni nell’ambito domestico aiuta le coppie ad esternalizzare i compiti più intensi e routinari, che gravano spesso sulle spalle delle donne. E se l’ammontare di lavoro domestico diminuisce, le coppie hanno meno necessità di negoziare la suddivisione dei compiti e meno possibilità di suddividerli in modo disuguale.

“In un contesto come quello italiano, in cui la convivenza estesa tra generazioni è parte di una cultura di legami familiari forti e tradizionalismo, le famiglie composte da tre generazioni conviventi hanno una divisione dei compiti domestici più egualitaria, dovuta al supporto che i nonni forniscono all’interno del nucleo familiare”, conferma Marco Tosi. “In questo senso, una più equa divisione del lavoro domestico è dovuta al fatto che le madri tendono a beneficiare in modo maggiore del vivere in casa con i nonni”.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista GENUS con il titolo “Grandparents, family solidarity and the division of housework: evidence from the Italian case”. Gli autori sono Marco Albertini, professore al Dipartimento di Scienze Politiche e Sociali dell’Università di Bologna, e Marco Tosi, ricercatore al Dipartimento di Scienze Statistche dell’Università di Padova.

Testo dall’Università degli Studi di Padova

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Biologia

Dal botrillo un aiuto per capire meglio Alzheimer e Parkinson

By ScientifiCult 12 Luglio 2022

DA UN PICCOLO INVERTEBRATO MARINO, IL BOTRILLO, UN AIUTO PER CAPIRE MEGLIO ALZHEIMER E PARKINSON

Con l’avanzare dell’età nel Botryllus schlosseri si osserva una riduzione del numero di neuroni e delle abilità comportamentali, come nell’uomo.

Inoltre il suo cervello manifesta geni la cui espressione caratterizza malattie neurodegenerative umane quali l’Alzheimer e il Parkinson. Pubblicato su PNAS lo studio delle Università di Stanford, Padova e Cham Zuckerberg Biohub

I tunicati, invertebrati marini molto comuni nei nostri mari, sono i parenti più stretti dei vertebrati, di cui fa parte anche l’uomo. Tra i tunicati il botrillo, Botryllus schlosseri, forma piccole colonie in cui gli individui adulti si dispongono come i petali di un fiore. Nella colonia, che può essere formata anche da centinaia di fiori, ciascun individuo adulto presenta ai lati del corpo uno o più piccoli individui in crescita (le sue gemme), derivate per riproduzione asessuata. Gli adulti vengono settimanalmente riassorbiti e sostituiti dalle loro gemme nel frattempo maturate. Questo processo di sostituzione è ciclico e siccome ogni “genitore” produce più di una gemma, la colonia cresce di dimensioni in maniera veloce e continua. Tuttavia, se gli adulti hanno vita breve e sono continuamente sostituiti da nuovi individui, la colonia non vive in eterno: nella Laguna veneta muoiono tipicamente dopo 1-2 anni, ma in laboratorio si possono mantenere in vita anche per periodi molto più lunghi.

Dal botrillo un aiuto per capire meglio Alzheimer e Parkinson. In foto, un botrillo (Botryllus schlosseri)

Questi animali semplici, i botrilli, sono al centro dell’articolo dal titolo “Two distinct evolutionary conserved neural degeneration pathways characterized in a colonial chordate” pubblicato da un team di ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova e dell’Università di Stanford, in collaborazione con il Cham Zuckerberg Biohub di San Francisco, sulla rivista scientifica «PNAS» perché presentano una degenerazione del cervello simile a quella umana. Capire quindi quali siano i processi che portano al decadimento del loro sistema nervoso, anche da un punto di vista evolutivo, può esser d’aiuto nel comprendere neuropatologie, spesso invalidanti, che coinvolgono un numero crescente di persone.

Lo studio

Il botrillo, come detto, ci offre la straordinaria possibilità di studiare la degenerazione del cervello sia nel breve periodo, ovvero nel processo ciclico (settimanale) di riassorbimento degli individui adulti che comporta di fatto un loro rapido invecchiamento, sia nel lungo periodo, ovvero nel processo di invecchiamento dell’intera colonia, che vede nel tempo diminuire la sua capacità di produrre nuovi individui ed espandersi.

La ricerca – coordinata da Chiara Anselmi, dottorata all’Ateneo patavino e ora post-doc all’Università di Stanford, Lucia Manni del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, Ayelet Voskoboynik e Irv Weissman dell’Università di Stanford – ha utilizzato colonie prelevate nella Laguna Veneta e allevate alla Stazione Idrobiologica di Chioggia e al Dipartimento di Biologia dell’Ateneo patavino oltre a quelle prese dalla Hopkins Marine Station, nella baia di Monterey in California.

Dalle analisi fatte emerge che la degenerazione del cervello del botrillo ha fortissime analogie con il decadimento del cervello umano: sia nella neurodegenerazione breve (settimanale) che in quella lunga (relativo all’invecchiamento della colonia). In entrambi i processi, nell’animale si osserva una riduzione del numero di neuroni e una diminuzione delle abilità comportamentali.

«È stato davvero sorprendente per noi vedere che nella degenerazione breve degli individui adulti il cervello cominciava a diminuire di volume qualche giorno prima del loro riassorbimento completo ovvero della loro morte. Dopo tre giorni di vita – dice la professoressa Lucia Manni del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova – il numero di neuroni nel cervello cominciava a diminuire, così come la loro capacità di rispondere a stimoli come il tocco della loro bocca, il sifone, attraverso cui l’acqua entra per la nutrizione e la respirazione. Questi stessi segni di invecchiamento erano poi presenti anche in individui di colonie neoformate rispetto a quelli presenti in colonie di soli 6 mesi. Eravamo quindi in presenza di due processi di neurodegenerazione la cui presenza non era mai stata sospettata, uno veloce e uno lento, nello stesso organismo».

Ma ciò che è ancor più interessante è che durante entrambi i processi degenerativi il cervello dell’animale manifesta geni la cui esressione caratterizza malattie neurodegenerative umane come l’Alzheimer e il Parkinson.

«Ancor più incredibile è stato poi verificare che entrambi i processi di neurodegenerazione erano associati all’aumento di espressione di geni che caratterizzano le malattie neurodegenerative nell’uomo come l’Alzheimer, il Parkinson, la malattia di Huntington, la demenza frontotemporale e altre ancora – sottolinea Chiara Anselmi dell’Università di Stanford –. Molti di questi geni erano espressi in entrambi i processi neurodegenerativi, mentre una piccola parte li differenziava. Questi geni, pertanto, svolgono un ruolo anche in questi semplici animali e questo piccolo invertebrato può rappresentare una risorsa per comprendere come l’evoluzione abbia forgiato i processi neurodegenerativi e quali siano le relazioni tra invecchiamento e perdita della funzionalità neuronale».

«Approfondire ora lo studio dell’invecchiamento e della neurodegenerazione in questo animale ci porterà a capire come il botrillo riesca a controllare e coordinare la neurodegenerazione ciclica rispetto a quella associata all’invecchiamento – concludono gli autori –. Questo potrebbe svelarci qualcosa di inaspettato rispetto alla nostra possibilità di governare i processi neurodegenerativi nell’uomo».

Il progetto di ricerca è stato finanziato dall’Università di Padova (Progetti di Ricerca di Ateneo, Dottorato di Ricerca, Iniziative di Cooperazione Universitaria), Fondazione “Aldo Gini”, Università di Stanford (School of Medecine Deans’s Postdoctoral Fellowship), l’NIH, il Chan Zuckerberg investigator program, e le Fondazioni “Stinehart-Reed” e “Larry L. Hillblom”.

Link: https://www.pnas.org/eprint/Y6SDVE94P5U58HVXSUGK/full

Titolo: Two distinct evolutionary conserved neural degeneration pathways characterized in a colonial chordate – “PNAS” – 2022

Autori: Chiara Anselmi, Mark Kowarsky, Fabio Gasparini, Federico Caicci, Katherine J. Ishizuka, Karla J. Palmeri, Tal Raveh, Rahul Sinha, Norma Neff, Steve R. Quake, Irving L. Weissman, Ayelet Voskoboynik, Lucia Manni

Testo e foto dall’Università degli Studi di Padova

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