I Nobel scientifici del 2019

Ottobre nel mondo della scienza vuol dire Nobel. Facciamo allora un breve resoconto sui premi scientifici di quest’anno. Quando arriva ottobre gli occhi della comunità scientifica internazionale si spostano su Stoccolma e sulle istituzioni che assegnano i premi Nobel per la medicina, la fisica e la chimica. Un rituale che, puntualmente, si porta dietro una miscela di stupore, meraviglia e anche qualche polemica.

Il premio per la medicina e la fisiologia è andato congiuntamente a tre scienziati (Peter Ratcliffe, Gregg Semenza e William Kaelin) per i loro studi sull’adattamento delle cellule alla disponibilità di ossigeno in diverse situazioni fisio-patologiche; un filone della ricerca premiato con il Nobel anche nel 1931 e nel 1938.
Andiamo con ordine. L’ossigeno rappresenta il gas più importante per la vita per come la conosciamo, in quanto viene utilizzato dalle cellule in ogni processo che richiede energia. A questa funzione sono appositamente dedicati i mitocondri, organelli citoplasmatici dove avviene la “respirazione cellulare”. Tutto il processo che vede l’ossigeno entrare nel nostro corpo, dal naso o dalla bocca, per arrivare al sangue, a tutti i tessuti e cellule è regolato da sistemi sofisticati di interazione tra proteine e, di conseguenza, anche da una regolazione genica.
Gli studi dei tre laureati di quest’anno iniziano a fine degli anni ’80 quando Semenza riuscì a collegare le situazioni in cui osservava basso livello di ossigeno (ipossia) con l’aumento di un ormone (eritropoietina, EPO) responsabile dell’incremento dei globuli rossi nel sangue. Il passo successivo fu cercare di comprendere come l’organismo riuscisse a valutare il livello di ossigeno. Gli studi di Semenza e Ratcliffe, condotti separatamente ma nello stesso periodo, dimostrarono come ogni tessuto sia sensibile e responsivo al livello di ossigeno presente e sia capace di inviare un input ai reni, cioè all’organo dove viene prodotto l’EPO. In seguito gli studi si incentrarono sui meccanismi molecolari e regolatori legati all’espressione genica e proteica, sia in situazioni fisiologiche che in particolari patologie ereditarie. Così nel corso degli anni, anche grazie agli studi di Kaelin, sono stati chiariti molti aspetti della regolazione e della risposta cellulare a livelli di ossigeno molto diversi. I tre scienziati sono stati quindi premiati per l’enorme contributo nel campo medico e fisiologico, senza dimenticare le potenziali future applicazioni terapeutiche e farmaceutiche delle loro scoperte.

Il premio per la fisica è stato invece diviso tra James Peebles (per la metà), Michel Mayor e Didier Queloz (un quarto a testa). Peebles ha vinto per i suoi contributi nella cosmologia fisica, mentre i due svizzeri per la scoperta di un esopianeta in orbita intorno ad una stella di tipo solare.
Era l’autunno del 1995 quando Mayor e Queloz annunciarono, a Firenze tra l’altro, di aver individuato 51 Pegasi b, il primo pianeta ad orbitare intorno ad una stella (51 Pegasi) che non fosse il Sole. Da quel momento sono stati individuati più di 4000 pianeti orbitanti intorno a stelle più o meno lontane, con una precisione e un’accuratezza sempre maggiore. Lo step fondamentale fu l’unione delle ricerche di Mayor, che era a caccia di esopianeti già da tempo, con alcune intuizioni tecnologiche di Queloz; un salto che permise di aumentare la precisione delle misure di quasi 20 volte. Trattandosi di pianeti e sistemi a distanze di centinaia di anni luce, avere sempre maggiore precisione nelle misure si è rivelato cruciale per molte scoperte successive.
Peebles invece non è stato premiato per una singola scoperta, ma per il complesso dei suoi contributi alla cosmologia fisica; idee e dati che l’hanno trasformata da una disciplina molto teorica a una materia scientificamente molto più empirica. Per rendere l’idea nel 1965, insieme a Robert Dickie, formulò e dimostrò la teoria riguardante la radiazione di fondo dell’universo, una radiazione a base di microonde considerata un residuo del Big Bang. Da quel momento le sue ricerche si incentrarono sulla cosmogenesi e sull’origine della materia oscura, che contiene la maggior parte della massa dell’Universo, ma che è ancora oggi oggetto di molte ricerche. Inoltre, lavorando sulla teoria dell’inflazione cosmica, cioè sul repentino allargamento dell’Universo nei primi istanti dopo il Big Bang, riportò in luce la costante cosmologica di Einstein, un concetto introdotto nel 1917 dal fisico tedesco, poi messo in disparte per più di mezzo secolo dalla comunità scientifica.

Esattamente come per la medicina e per la fisica, dove sono stati premiati lavori con radici più che decennali, anche in chimica è stata premiata una scoperta risalente a più di trent’anni fa.
In più, cosa per niente scontata, l’oggetto del Nobel per la chimica di quest’anno è sempre direttamente sotto le nostre mani. Ogni giorno. Si tratta infatti delle batterie al litio, quelle di ogni smartphone, di ogni PC o di ogni tablet. I tre premiati (alla pari) per questo straordinario lavoro che ha letteralmente rivoluzionato le nostre vite sono John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino. A questo va aggiunta una piccola nota di colore: Goodenough è diventato il più anziano vincitore di un Nobel a 97 anni!
La spinta per la ricerca di batterie elettrochimiche arrivò impetuosa durante la crisi energetica degli anni ’70, quando fu chiaro che l’energia elettrica potesse rappresentare una valida alternativa al petrolio, se fosse stato trovato il modo per accumulare l’energia e usarla nel tempo. Fu sotto questa grande richiesta che elettrochimici, chimici dei materiali e ingegneri iniziarono a progettare sistemi dove gli elettroni, che formano la corrente elettrica, passano da un elettrodo all’altro. Quando il sistema è collegato per via esterna, cioè in fase di carica, si genera un potenziale che poi, durante la fase di utilizzo o di scarica, si riduce gradualmente.
Il litio, terzo elemento della tavola periodica e metallo più leggero esistente, ha una grande predisposizione nel cedere elettroni e per questo si presta molto bene a questa applicazione. Purtroppo però questo elemento è molto reattivo, caratteristica che lo rende anche pericoloso se non trattato in maniera adeguata.
Per migliorare il sistema nei suoi elementi costitutivi e per riuscire a utilizzare in maniera sicura l’elettrodo a base di litio è stato necessario un grande lavoro che ha coinvolto i tre vincitori del Nobel, fino a quando, nel 1991, la prima batteria al litio è stata disponibile per la commercializzazione. Una nuova era iniziata.

I premi Nobel rappresentano una grande possibilità di visibilità per i ricercatori e per le grandi scoperte, ma spesso vengono dimenticate nel giro di pochi giorni. Restano, certe volte, le polemiche per chi il premio non lo vince o per alcune considerazioni sul fatto che vincono quasi sempre uomini, sempre più anziani, spesso bianchi e provenienti da paesi che investono parecchio in ricerca. Ma questo è un altro discorso.

Immagine Dianakc (dettaglio) da Wikimedia Commons