Disseminazioni: Ritmi biologici giornalieri, di Roberto Vacca 18/03/2023 – L’Orologio

 Ritmi biologici giornalieri, di Roberto Vacca   18/03/2023 – L’Orologio

Ogni 23 ore, 56 minuti e 4 secondi, la Terra compie un giro attorno al proprio asse. Si alternano giorno e notte. Cambiano temperature, umidità, venti, . pressione atmosferica, alimenti disponibili dalle piante. Animali e piante hanno un loro temporizzatore interno che governa la loro fisiologia e il loro comportamento e li modifica in anticipo rispetto alle citate variazioni del ciclo giornaliero in modo da ottimizzare le loro condizioni di vita. Questi ritmi  interni si chiamano [dal latino circa (“intorno a”) e dies (“giorno”)] circadiani. Hanno durate diverse per: batteri, alghe, funghi, piante, insetti, crostacei, vertebrati, rettili, mammiferi.

I periodi dei ritmi circadiani a seconda delle specie biologiche, tendono a variare fra 22 e 25 ore, misurate con animali e piante tenuti nell’oscurità, ma vengono ri-sincronizzati dalle variazioni della luce solare. L’occhio dei pesci impiega circa 20 minuti a riacquistare la sua funzionalità dopo l’oscurità della notte. Il processo di adattamento parte, quindi, in anticipo rispetto all’alba in modo da evitare tempestivamente i predatori e localizzare le prede.  Le api cominciano le loro attività di ricerca del nettare (cui si accompagnano le funzioni di impollinazione) in sincronia con l’apertura dei fiori.

Molti dei nostri geni sono attivati  e disattivati a tempo e  governano le evoluzioni di enzimi, grassi, proteine, acidi nucleici, metabolismo, processi di distribuzione dell’energia nell’economia cellulare, riparazione e riproduzione delle cellule. Il nostro cervello anche nelle ore di sonno, consolida le nostre memorie. Si chiama “cronoterapia” la scelta dell’ora del giorno più appropriata per somministrare certe medicine. Le statine, che regolano la biosintesi del colesterolo riducendo la produzione di lipoproteine a bassa densità, sono più efficaci di notte. La  chemioterapia mira ad eliminare cellule cancerose che si suddividono velocemente, ma elimina anche altre cellule a suddivisione rapida, ad esempio i follicoli piliferi, con conseguente perdita dei capelli. I ritmi circadiani dei 2 tipi di cellule sono diversi. si può così temporizzare la terapia con effetto massimo sulle cellule cancerose e minimo sulle altre.

Al mattino la velocità e la potenza prodotta dalle contrazioni dei nostri muscoli sono più limitate di quanto siano più tardi nelle varie ore della giornata. Lo sanno bene gli sportivi che devono programmare le ore delle gare cui partecipano. Alcuni tennisti che in viaggi aerei per partecipare a campionati tagliano rapidamente  parecchi fusi orari, dedicano anche  una settimana al riadattamento in aree di longitudine molto diversa da quella della loro residenza abituale. Non ci rendiamo nemmeno conto di questi e di molti altri processi fisiologici periodici del nostro corpo. Solo in anni relativamente recenti abbiamo avuto a disposizione strumenti di misura  accurati, economici e di facile impiego con cui quantificare l’andamento delle nostre funzioni corporee.

Galileo Galilei misurava i tempi di oscillazione dei pendoli costituiti dalle lanterne appese nel duomo di Pisa contando le pulsazioni del suo cuore che, per brevi tratti di tempo considerava giustamente  uniformi.  Oggi sappiamo bene che la frequenza cardiaca di un uomo in buona salute e a riposo varia fra 50 e 80 pulsazioni al minuto. La sua pressione sistolica può variare fra 70 e 140 mm/Hg e la sua temperatura corporea fra 36°C  e 37,5°C.

Le differenze individuali sono notevoli e lo sono anche quelle rilevate a distanza di tempi anche brevi per una stessa persona. Chi resta sveglio e operativo fino a tarda ora, tende, in genere, a dormire fino a tardi e, specie dagli anglofoni, viene chiamato “gufo” (owl). Chi si corica presto e si sveglia presto senza sforzo, viene chiamato “allodola” (lark).

Piante come la soia che fioriscono in autunno, quando si sta accorciando la durata del giorno, vengono chiamate “piante dei giorni corti”. Quelle che fioriscono in primavera, quando la durata del giorno sta crescendo, si chiamano “piante dei giorni lunghi”. Altre piante, fra cui riso, orzo e cetrioli, non sono sensibili alla durata della luce solare e sono dette “neutre”.

 

Disseminazioni: Cronometro marino e intelligenza somma, di Roberto Vacca, L’Orologio 16/1/2024

Cronometro marino e intelligenza somma, di Roberto Vacca, L’Orologio 16/1/2024 

La flotta inglese al comando dell’Ammiraglio Cloudesley Shovell, durante  la guerra di Successione Spagnola nell’Agosto 1707, bombardò il porto di Tolone e inflisse danni alle navi da guerra francesi ivi ormeggiate. Quindi, secondo gli ordini, veleggiò con 15 navi diretta a  Portsmouth sulla Manica. Passata Gibilterra, in Atlantico incontrò una grossa tempesta. La visibilità era scarsa e si annullò. Le bussole di bordo erano poco precise, ma - cosa grave – anche gli orologi erano affetti da errori, quindi i calcoli della longitudine, già prima del maltempo, erano erronei. Avvicinandosi all’imbocco del canale della Manica, quelle navi si trovavano parecchie decine di miglia  più a Nord di quanto ritenessero.

Fecero rotta verso Nord Est e alcune di esse cozzarono contro  gli scogli disabitati a Sud Ovest delle Isole Scilly che sono sparse a seguire la direzione della Cornovaglia verso l’Oceano Atlantico (Land’s End). La Association (90 cannoni) – nave ammiraglia di Shovell – affondò rapidamente subito seguìta da Eagle, Romney e Firebrand. 2000 uomini e l’ammiraglio perirono nel naufragio. 

Quel disastro fece una grossa impressione, eppure ci vollero 7 anni prima che il governo inglese promulgasse il Longitude Act. Questa legge  stabiliva un premio di 20.000 sterline per l’orologiaio che producesse un cronometro di alta precisione: confrontando l’ora segnata con le osservazioni astronomiche, si sarebbe calcolata la longitudine a ogni istante di lunghe traversate. Il cronometro doveva mantenere la sua accuratezza malgrado le più forti variazioni di temperatura, pressione atmosferica, umidità e moto ondoso e non doveva subire nessuna corrosione dovuta alla salsedine dell’aria marina.

John Harrison, carpentiere-orologiaio inglese, fra il 1730 e il 1761 produsse 5 cronometri sempre più perfezionati.  Contenevano molle a spirale compensate e ingranaggi c all’Ammiragliato on le corone in legno di quercia e i denti in lignum vitae [una zigofillacea durissima dell’America centrale e della Florida (guaiacum sanctum) che emette anche una sostanza oleosa e, quindi, non ha bisogno di lubrificante]. Harrison presentò all’Ammiragliato il suo modello H5  che fu messo alla prova e sulla nave Deptford viaggiò per 7000  chilometri da Portsmouth a Kingston in Jamaica. Negli 81 giorni della traversata, il cronometro perse pochi secondi e Harrison fu premiato. Da allora le navi non solo britanniche sono state munite di cronometri sempre più perfezionati e poi, notoriamente, di radar e di navigatori satellitari,

Attualmente in Michigan, l’orologiaio Rick Hole progetta e costruisce su commissione repliche ispirate al cronometro Harrison.

È verosimile che il famoso matematico, fisico e astronomo francese Pierre Simon de Laplace (1749-1827), che perfezionò la teorie e gli algoritmi di Isaac Newton, sia venuto a conoscenza delle invenzioni di Harrison. Il concetto di una macchina atta a funzionare per tempi lunghissimi e ad elaborare dati numerici, può avergli ispirato l’idea che le equazioni della dinamica potessero in avvenire essere utilizzate  per gestire il funzionamento di una macchina ancora non descrivibile al tempo suo. Concepì dunque tale macchina come una intelligenza superiore capace di calcolare il passato e l’avvenire se si fosse trovato il modo di immettervi l’immane insieme dei dati completi di condizioni iniziali.

Laplace  precorse l’invenzione del matematico e ingegnere inglese  Charles Babbage (1791-1871) di una macchina calcolatrice differenziale, quando scrisse:

“Un’intelligenza che potesse conoscere in un certo istante tutte le forze che animano la natura e la posizione rispettiva delle entità che la compongono, e che fosse anche tanto vasta da poter analizzare i dati citati, includerebbe nella stessa formula i moti dei più grandi corpi dell’universo e quelli dell’atomo più leggero. Tale intelligenza non avrebbe incertezze: sia l’avvenire, sia il passato sarebbero presenti ai suoi occhi.”

Pierre Simon de Laplace – Saggio filosofico  sulle probabilità.  (1814)

Possiamo pensare che abbia tratto ispirazione da questa pagina di Laplace anche Jay W. Forrester, i cui modelli di sistemi dinamici destarono notevoli interessi, ma non condussero a formulare efficaci previsioni socio-economiche.