Il 2011 è stato dichiarato anno internazionale della chimica. (http://www.chemistry2011.org/)

Prima domanda: come è iniziata la vita?
Circa quattro miliardi di anni fa, la prima forma di vita compariva sulla Terra. Gli scienziati hanno ipotizzato e dimostrato che nel brodo primordiale si sono create le condizioni chimico-fisiche necessarie per la sintesi di semplici molecole come gli amminoacidi e i nucleotidi, che formano proteine e acidi nucleici. Oggi i chimici sono in grado di riprodurre in laboratorio le condizioni sperimentali che hanno permesso l'aggregazione e l'organizzazione delle prime macromolecole fino ad arrivare ad un'unità replicante. Sono stati scoperti oltre 500 pianeti extrasolari in orbita intorno ad altre stelle e il numero continua ad aumentare. Su quanti di questi altri pianeti si sono riproposte condizioni per lo sviluppo di macromolecole replicanti, cioè di vita?
Seconda domanda: come si formano le molecole?
A scuola si studia che gli atomi si legano a formare molecole, ogni giorno in mille modi diversi sperimentiamo questa realtà, eppure cosa accada precisamente quando due atomi formano un legame molecolare non è stato ancora compreso. Una molecola è un gruppo di nuclei atomici avvolto in una nube di elettroni, con forze elettrostatiche opposte impegnate in un costante tiro alla fune, con tutte le particelle che partecipano al legame che si muovono costantemente e si dispongono senza sosta in nuove configurazioni. I chimici hanno proposto varie teorie, ma la descrizione esatta e univocamente accettata deve ancora arrivare.
Terza domanda: in che modo l'ambiente influisce sui geni?
Quello che noi siamo non dipende solo dai geni che abbiamo, ma soprattutto da quali geni usiamo. L'embrione contiene cellule staminali pluripotenti che possono trasformarsi in qualsiasi tipo cellulare. La trasformazione avviene mediante reazioni chimiche piuttosto complicate che permettono l'accensione di alcuni geni e lo spegnimento di altri. Sembra che il controllo di quali geni siano attivi e quali no dipenda dall'organizzazione del DNA con le proteine istoniche che vi sono legate e dalla presenza di alcuni gruppi chimici, quali per esempio i gruppi metilici, su alcuni nucleotidi del DNA. L'epigenetica studia proprio come l'ambiente influisca su queste modifiche chimiche del DNA, che determinano quello che siamo.
Quarta domanda: come pensa e ricorda il cervello?
Il cervello è un vero e proprio computer chimico, dove i neuroni formano circuiti collegati da segnali chimici, cioè i neurotrasmettitori. Come un segnale chimico può trasformarsi nella memoria di ciò che vediamo, ascoltiamo, studiamo e così via? Alcuni processi chimici che sono alla base della memoria sono già noti. Per esempio all'interno di un neurone, nel quale si "sta imprimendo" il ricordo di un luogo che stiamo visitando, aumenta la quantità di una proteina chiamata actina. Altre proteine coinvolte sono i prioni, proprio le proteine che causano il morbo della mucca pazza! Ebbene, la memoria è tutta una questione di chimica e sono convinta che ognuno di noi vorrebbe conoscere i meccanismi che ci permettono di ricordare, per esempio, ciò che leggiamo!!!
Quinta domanda: quanti elementi esistono?
La tavola periodica, che tutti voi conoscete bene (non è vero???), deve essere costantemente aggiornata perché il numero degli elementi chimici continua ad aumentare. Infatti grazie agli acceleratori di particelle vengono creati in laboratorio elementi sempre più pesanti, la maggior parte dei quali è instabile e decade radioattivamente dopo pochi istanti dalla formazione. Alcuni scienziati affermano che la tavola periodica finirà con il numero atomico 137, perché la teoria della relatività sembra vietare che gli elettroni possano legarsi a nuclei con più di 137 protoni. Siamo arrivati all'elemento 118, non ci resta che aspettare i chimici al lavoro.

Per festeggiare l'anno della chimica gli studenti di scuole di diversi paesi nel mondo hanno disegnato e reinterpretato la tavola periodica. Date un'occhiata, è fantastica!!! Qui sopra è rappresentato l'ossigeno visto dai ragazzi della Colleen Danner and Halie Gilmore, Waterloo-Oxford District Secondary School, Baden, Ontario Canada. La Terra è rappresentata sottoforma di polmoni a significare che l'ossigeno è necessario per la vita sul nostro pianeta. I bordi dell'immagine richiamano i colori del fuoco e della combustione, che avviene solo in presenza di ossigeno. In forma liquida l'ossigeno è blu e questo spiega il colore dello sfondo. Nell'angolo in alto a destra c'è Joseph Preistley, colui al quale è attribuita la scoperta dell'ossigeno. (http://chemistry.uwaterloo.ca/iyc/oxygen)

Sesta domanda: si possono costruire computer di carbonio?
Nel 2010 la scoperta del grafene veniva premiata con il Nobel e già adesso si parla di elettronica al grafene. Il grafene è un sottile strato monoatomico di grafite, proprio quella che abbiamo all'interno delle nostre matite. Si tratta di una specie di rete da pollaio a maglia esagonale che potrebbe diventare la materia prima con cui fabbricare circuiti elettronici miniaturizzati, robusti ed economici, realizzati con precisione atomica. Le reti di grafene dovrebbero permettere di costruire microprocessori con prestazioni migliori, più veloci e potenti, di quelli a base di silicio. E allora speriamo che il nostro computer al silicio diventi presto un computer al carbonio!!!
Settima domanda: come intrappolare più energia dal sole?
Come è difficile imitare la straordinaria efficacia chimica della foglia di una pianta!!! Noi riusciamo a sfruttare solo una frazione insignificante dell'enorme quantità di energia che il sole ci fornisce ogni giorno. Per questo, alcuni scienziati si sono messi all'opera per cercare di copiare quello che accade nelle foglie, visto che l'utilizzo dei pannelli fotovoltaici è limitato dal loro costo. Così i chimici stanno studiando un sistema che ci permetta di usare l'energia solare per rompere la molecola d'acqua in idrogeno e ossigeno gassoso, ricavandone energia come fanno le piante con la fotosintesi. Si stima che quattro litri d'acqua sarebbero sufficienti per soddisfare il fabbisogno di un'abitazione nei paesi in via di sviluppo. Ci sono ancora molti problemi da risolvere, ma ci stanno provando.
Ottava domanda: qual è il modo migliore per produrre biocombustibili?
E se invece lasciassimo che fossero le piante ad immagazzinare per noi l'energia solare, per poi convertire in carburante il materiale vegetale? I biocarburanti, come l'etanolo dai cereali o il biodiesel dai semi oleosi, hanno già trovato applicazione. Ma per soddisfare la richiesta energetica del mondo intero, bisognerebbe togliere spazi alla coltivazione alimentare con grossi problemi. Ecco dunque che l'idea degli scienziati è un'altra. Invece di trasformare il cibo in energia, bisognerebbe sfruttare biomasse meno essenziali, come i residui agricoli e forestali. Per far questo bisogna trovare un'efficace reazione chimica per digerire la lignina. Anche in questo caso molti gruppi di ricerca sono al lavoro.
Nona domanda: possiamo creare farmaci di nuovo tipo?
Come fabbricare nuovi antibiotici che possano sconfiggere l'avanzata dei batteri resistenti? Ebbene la chimica combinatoria e l'ingegneria genetica si sono alleate nella ricerca di un metodo che permetta la sintesi in laboratorio di una vasta gamma di nuove molecole le quali poi possano essere selezionate in provetta, utilizzando un principio di tipo darwiniano, al fine di trovare la molecola più adatta alle nostre esigenze. Il processo è complicato ma è ispirato alla sintesi proteica che avviene ogni istante all'interno di tutte le nostre cellule. Come sempre la natura ci fornisce l'idea giusta!!!
Decima domanda: possiamo monitorare la chimica del corpo?
I chimici sono sempre più convinti di poter costruire dei sensori che sfruttano reazioni chimiche per "sentire" quale sia la concentrazione di una determinata sostanza. Per capirne l'utlilità basta fare un esempio in campo biomedico. Alcuni prodotti di geni legati al cancro circolano nel sangue già molto prima che il tumore diventi visibile mediante i normali esami clinici. Se riuscissimo a individuare queste sostanze precocemente potremmo rendere molto più rapide ed esatte le prognosi. E anche in questo caso, aspettiamo con fiducia.

Scegliete la domanda a cui volete trovare risposta, studiate chimica, rispondete e vincerete il premio Nobel!!!

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)