Darwin e L'origine della specie

Charles Robert Darwin è stato un naturalista e geologo britannico, celebre per aver formulato la teoria dell'evoluzione  delle specie animali e vegetali per selezione naturale agente sulla variabilità dei caratteri ereditari, e della loro diversificazione e moltiplicazione per discendenza da un antenato comune. Il 1º luglio 1858, il grande amico di Darwin, Charles Lyell, assieme al collega Joseph Hooker, presentarono la teoria di Darwin (riguardo all'Origine  della specie per mezzo della selezione naturale) alla Linnean Society , ad un pubblico piuttosto ristretto. Darwin non poté essere presente per la morte del figlio minore; insieme fu letta anche una comunicazione di Wallace che Darwin aveva ricevuto, in cui Wallace aveva esposto la formulazione di una sua teoria sull'origine della specie, da lui sviluppata indipendentemente, con molti punti in contatto con quella di Darwin. Il saggio di Darwin sull'argomento L'origine delle specie fu pubblicato un anno più tardi, il 24 novembre 1859; tanto era l'interesse suscitato dalla sua opera che la prima edizione (in 1250 copie) andò esaurita in due giorni.

Nelle sue opere successive - La variazione degli animali e delle piante allo stato domestico, L'origine dell'uomo e la selezione naturale e L'espressione delle emozioni negli animali e nell'uomo - Darwin sviluppò altri temi soltanto abbozzati o neppure accennati ne L'origine delle specie. Per esempio, ne L'origine dell'Uomo e la selezione sessuale, Darwin aggiunse alla selezione naturale, come meccanismo di selezione, anche la selezione sessuale, dovuta alla "scelta femminile" (o in alcuni casi maschile) che spinge uno dei due sessi a sviluppare caratteri sessuali secondari abnormi e, in apparenza, in contrasto con la sopravvivenza e quindi il fitness individuale, come i palchi dei maschi dei cervi europei o la coda, sempre nei maschi, del pavone. Ne L'espressione delle emozioni negli animali e nell'uomo, Darwin abbozzò per la prima volta lo studio del comportamento animale secondo una prospettiva evoluzionistica, che avrebbe dato spunto nel secolo successivo all'etologia.

L' hallucigenia

L’hallucigenia era un misterioso animale marino, probabilmente appartenente ai lobopodi, vissuto tra il Cambriano inferiore e il Cambriano medio (tra 520 e 505 milioni di anni fa). I suoi resti sono stati rinvenuti nei ben noti giacimenti di Burgess Shales in Canada e di Maotianshan in Cina. L’aspetto di questo animale è talmente bizzarro che per lungo tempo i paleontologi hanno potuto solo congetturare in che modo si spostasse e vivesse l’allucigenia; ancora oggi gli studiosi non sono concordi riguardo alla classificazione e alla ricostruzione di questo enigmatico organismo. La specie tipo era stata originariamente attribuita agli anellidi e poi addirittura ricostruita capovolta. In ogni caso, sembra che  possedesse un capo tondeggiante ed espanso, sprovvisto di una qualunque struttura visibile. Il corpo si allungava in un cilindro privo di annulazioni, che terminava in uno stretto tubo con un foro all’estremità (forse un ano). Sul corpo erano presenti due file appaiate di enormi spine (in tutto quattordici), che partivano direttamente dal “dorso” per proiettarsi all’infuori e verso l’alto. Sotto il corpo erano presenti sette tentacoli dalla punta bifida, posti in posizione dislocata rispetto alle spine: il primo tentacolo non aveva spine al di sopra di sé, ma gli altri erano tutti in correlazione con le coppie di spuntoni. Dietro i lunghi tentacoli, in prossimità del restringimento del corpo, vi erano altre tre coppie di corti tentacoli.

Louis Pasteur e la generazione spontanea

La maggior parte dei primi biologi, sin dai tempi di Aristotele, riteneva che gli esseri viventi più semplici come i vermi, potessero generarsi spontaneamente dalla polvere o dal fango; alcuni sostenevano, inoltre, che i roditori si formavano dal grano bagnato. Nel diciottesimo secolo, Francesco Redi eseguì un famoso esperimento per verificare se fosse possibile la generazione spontanea delle larve di  mosca; egli collocò della carne avariata in una serie di barattoli, alcuni chiusi da un coperchio, altri coperti da una garza e altri ancora, lasciati completamente aperti, in questo modo riuscì a dimostrare che le larve nascevano solo nei barattoli in cui le mosce avevano potuto depositare le uova. Nel diciannovesimo secolo, gli scienziati non credevano più che gli organismi complessi potessero nascere spontaneamente; tuttavia, l'avvento del microscopio portò a una significativa ripresa dell'ipotesi della generazione spontanea per gli organismi più semplici, fino ad allora invisibili. Intorno al 1860 la controversia diventò così vivace che l'Accademia delle scienze di Parigi ofrì un premio per chi realizzasse esperimenti capaci di far luce sul problema. Il premio fu vinto nel 1864 dallo scienziato francese Louis Pasteur  (1822-1895) i cui esperimenti ben progettati furono decisivi; Pasteur non si riferiva al problema generale della generazione spontanea nei suoi esperimenti, ma al fatto che essa potesse o meno avvenire in certe particolari condizioni. Gli esperimenti di Pasteur diedero una risposta solo a questo secondo problema, ma i risultati furono così importanti che per molti anni pochissimi scienziati presero in considerazione la possibilità che, in condizioni del tutto diverse, quando la Terra era molto giovane, potesse essere avvenuta una forma di "generazione spontanea".

La chimica nei fuochi d'artificio

La pirotecnica è l’arte e lo studio della fabbricazione dei fuochi d’artificio a fini di divertimento e spettacolo . La pirotecnica è nata in epoche remote in Cina. In Europa ha cominciato a svilupparsi intorno al 1300. Essa è un’antica arte che, pur essendosi sviluppata su basi essenzialmente empiriche, racchiude in sé interessanti aspetti scientifici.

Alla base di qualsiasi manifestazione pirotecnica vi è la polvere da sparo, chiamata anche polvere pirica o polvere nera, anch’essa nata in Cina e diffusa in Europa.
La polvere pirica è costituita dal 75% di nitrato di potassio (salnitro), dal 15% di carbone in polvere e dal 10% di polvere di zolfo.
La combustione della polvere pirica (e in generale di un esplosivo tradizionale) non è diversa da una normale combustione, in cui un combustibile (agente riducente) e un comburente (agente ossidante) reagiscono chimicamente tra loro.
L’unica differenza rispetto alle normali combustioni consiste nel fatto che il comburente (l’ossigeno) non viene fornito dall’aria, bensì da uno dei componenti solidi della miscela stessa (nel caso della polvere pirica il nitrato di potassio).

Durante la reazione chimica il combustibile cede elettroni al comburente, formando legami con l’ossigeno. I legami che caratterizzano i prodotti della reazione sono più stabili di quelli che caratterizzano i reagenti.
Di conseguenza la reazione produce la liberazione di energia sotto forma di calore. In seguito all’ignizione (innesco) la reazione avviene molto rapidamente, analogamente allo sviluppo di energia.

Nei fuochi artificiali la polvere pirica funge sia da propellente che da carica esplosiva. Nella polvere pirica i combustibili sono costituiti dal carbone e dallo zolfo. Oltre a questi in campo pirotecnico vengono anche utilizzati altri combustibili: zucchero (per bombe fumogene), silicio e boro (utilizzati soprattutto per le micce) ed elementi metallici, quali alluminio, magnesio e titanio.
Questi ultimi bruciano con l’ossigeno dell’aria raggiungendo elevate temperature ed emettendo una luce molto intensa e brillante (il magnesio veniva utilizzato a tale scopo anche in campo fotografico per realizzare il classico lampo).

Gli elementi metallici vengono anche utilizzati per creare le suggestive emissioni di luce che accompagnano le esplosioni pirotecniche. La luce che si vede in uno spettacolo pirotecnico deriva essenzialmente da tre meccanismi: incandescenza, emissione atomica ed emissione molecolare. Le particelle solide portate ad alta temperatura dal calore liberato dall’esplosione emettono per incandescenza un ampio spettro di radiazione. Tanto più è alta la temperatura, tanto minore è la lunghezza d’onda delle radiazioni emesse.
Nel caso della combustione del magnesio, ad esempio, le particelle di ossido che si producono raggiungono i 3000 ° C e questa temperatura determina l’emissione di una luce bianca molto intensa.

I materiali utilizzati per la confezione dei fuochi d’artificio sono classificabili in sei tipologie:

• avvolgenti
• combustibili
• comburenti
• coloranti
• agglutinani
• isolanti

I principali materiali avvolgenti sono: la carta tedesca e la carta per i passa fuochi, il cotone , lo spago.
I materiali agglutinanti servono a far presa. Tra i più importanti si annoverano: la destrina, la gomma arabica.
I materiali isolanti servono per isolare le varie componenti del botto(segatura)
I materiali ossidanti sono dei composti chimici.
Questi composti hanno un alto contenuto di ossigeno che viene fornito alla combustione.
I materiali combustibili sono delle sostanze che bruciando producono gas,luce e calore
I materiali combustibili usati sono: Alluminio pirotecnico(polvere finissima) , gomma caroide(ottenuto da una corteccia di albero che cresce nel perù), Magnesio in polvere, Resine, Polivinilice (Vinnolit).
I materiali comburenti sono sostanze che forniscono ossigeno nella combustione, e quindi atti ad alimentare questo rapido processo di ossidazione. L’accoppiamento del comburente con un combustibile produce, a seconda del dosaggio e della granulometria dei componenti, la miscela.
-una “combustione lenta”, in cui gas e calore si disperdono mano a mano che si sviluppano;
-una “deflagrazione”, in cui la combustione si sviluppa in regime esplosivo, con avanzamento subsonico della reazione in seno alla carica.
-La “detonazione” è un fenomeno che interessa materiali esplodenti, detti “detonanti”, vietati in pirotecnica. La detonazione è un’esplosione caratterizzata da avanzamento supersonico della reazione in seno alla carica. Le detonazioni implicano fenomenologie meccaniche assai più distruttive delle deflagrazioni: i “detonanti” sono quindi utilizzati per spaccare, tagliare e forare, in cava (campo civile) o in guerra (ambito militare).
I materiali coloranti sono in genere costituiti da sali : Carbonati di sodio,Potassio,Rame,Stronzio,i Carbonati e gli Ossidati di sodio e stronzio e ossidi di rame.
Certi coloranti danno la colorazione alla fiamma( i carbonati e gli ossalati di stronzio danno il colore rosso,i carbonati di Bario danno il colore verde,i carbonati e gli ossalati di sodio danno il colore giallo,ossidi di Rame danno il colore blu.

La storia della terra

La storia della Terra descrive l'insieme dei più importanti eventi e stadi nello sviluppo e nell'evoluzione che ha avuto luogo sul pianeta Terra dalla sua formazione.

La Terra si formò 10 miliardi di anni dopo il Big Bang. Il calore generato dagli impatti e dalla contrazione indicano che si trovava in uno stato fuso, durante il quale ebbe luogo una differenziazione in strati, in cui si formarono un nucleo interno di elementi pesanti avvolto da un mantello ed una proto-crosta formati da elementi leggeri. Fu in questo period

o che si formò la Luna, probabilmente a causa di un impatto gigante tra la terra e un planetoide in formazione. La Terra si raffreddò progressivamente e acquisì una crosta solida in cui presero forma i primi continenti. Un continuo bombardamento di meteoriti e comete di ghiaccio rifornì la Terra di un'enorme quantità di acqua che creò gli oceani, mentre l'attività vulcanica ed il vapore acqueo crearono una primitiva atmosfera, inizialmente priva di ossigeno. I continenti galleggiavano sul mantello fluido del pianeta e attraverso la tettonica a zolle si unirono in super continenti , che in seguito si separarono di nuovo in un processo che si è ripetuto molte volte durante i quattro miliardi e mezzo di anni.

Le reazioni chimiche portarono alla formazione di molecole organiche che interagirono per formare strutture ancora più elaborate e complesse, ed infine diedero luogo a molecole che erano in grado di riprodurre copie di sé stesse. Questa abilità diede una spinta notevole all'evoluzione e portò alla creazione della vita. All'inizio la vita cominciò sotto forma di organismi monocellulari, ma in seguito si sviluppò la pluricellularità, e quindi un processo evolutivo superiore quale la fotosintesi, che fornì di ossigeno l'atmosfera e portò alla creazione di uno strato di ozono. Le forme di vita si differenziarono in molte specie e divennero sempre più avanzate, colonizzando la terraferma e occupando gradualmente tutti gli habitat della Terra. Glaciazioni, eruzioni vulcaniche, e impatti meteoritici causarono molte estinzioni di massa, ma le specie rimanenti si svilupparono in nuove forme e ricrearono sempre una nuova biosfera.

Circa sei milioni di anni fa, una differenziazione del ramo evolutivo dei primati introdusse una separazione che portò allo sviluppo dell'uomo moderno. L'abilità di camminare eretti, la caratteristica del pollice opponibile, l'aumento delle dimensioni cerebrali e lo sviluppo dei sistemi comunicativi furono fattori cruciali. L'uomo imparò a controllare il fuoco, sviluppò l'agricolture e iniziò ad allevare sistematicamente gli animali. Ciò migliorò le condizioni di vita e poterono formarsi società e civiltà con diverse caratteristiche culturali e religiose. Attraverso i progressi nella scienza, nella scrittura, nella politica, nei trasporti e nelle comunicazioni, gli esseri umani sono diventati la specie dominante sulla Terra e riescono ad influenzare l'ambiente e tutte le altre forme di vita. La portata dell'attività umana ed il continuo aumento della popolazione stanno spingendo l'umanità ad applicare una prospettiva globale su questioni di interesse generale come la protezione dell'ambiente, lo sfruttamento delle risorse naturali, la protezione della vita animale ed i cambiamenti climatici.

La vita di Friedrich Miescher

Johan Friedrich Miescher è stato un biologo svizzero, che isolò per la prima volta gli acidi nucleici. Egli evidenziò infatti nel 1869, presso i laboratori di Felix Hoppe-Seyler, la presenza di vari composti chimici ricchi di fosfato all'interno dei nuclei dei leucociti. La scoperta di tali molecole, che egli  denominò nucleina, aprì la strada all'identificazione del DNA come molecola responsabile della conservazione e della trasmissione dei caratteri ereditari. La significatività di tale scoperta, pubblicata nel 1871, non fu immediatamente chiara e solo alla fine degli anni ottanta il biologo Albrecht Kossel proseguì lo studio su questi composti, investigandone più nel dettaglio le strutture chimiche. Miescher proveniva da una famiglia molto in vista nella comunità scientifica: il padre e lo zio erano infatti stati professori di anatomia all' Università di Basilea. Timido ed intelligente, il giovane Miescher studiò medicina proprio a Basilea e, durante gli studi, lavorò per un'estate presso il chimico organico Adolf Stecker a Gottinga. A causa di una febbre tifoide, la quale gli provocò anche gravi problemi all'udito, dovette interrompere gli studi per un anno. Ritenendo che la sua sordità parziale potesse ostacolare l'attività di medico, Miescher si avviò verso la carriera di chimico fisiologo. Iniziò a studiare i linfociti, ma Felix Hoppe-Seyler lo incoraggiò a studiare i leucociti. Miescher era infatti interessato soprattutto nello studio della chimica del nucleo: dal momento che era difficile ottenere un numero di linfociti sufficienti per uno studio, la scelta ricadde sui leucociti, che erano noti per essere il principale componente del pus, ottenibile facilmente dalle garze usate nei vicini ospedali. Per evidenziare il nucleo dei leucociti presenti nel pus, Miescher dovette mettere a punto un protocollo totalmente nuovo. Per recuperare le cellule dai bendaggi, utilizzò una soluzione salina a base di solfato di sodio. Per separare i nuclei dai citoplasmi, sottopose le cellule ad una soluzione alcalina, seguita da una acida. Il precipitato formatosi in seguito a tale processo fu, appunto, chiamato nucleina. In seguito Miescher scoprì che la nucleina conteneva azoto e fosforo, ma non Zolfo. Questi risultati si rivelarono così innovativi che Hoppe-Seyler decise di ripetere tutti gli esperimenti prima di pubblicarli sul suo giornale.