Orologio radioattivo: datazione con isotopi, piante e batteri per la bonifica dei metalli

Orologio radioattivo

Orologio radioattivo

Gli elementi radioattivi sono instabili e si disintegrano a un ritmo preciso. Per misurare la velocità di questo processo si tiene conto del tempo di dimezzamento, cioè il tempo necessario perché una quantità di materiale si riduca della metà.

Isotopi ed emivite

• Cloro-36. Emivita: 300.000 anni.
• Idrogeno-3. Emivita: meno di 1 secondo.
• Isotopo 99. Emivita: 6 ore.
• Carbonio-14. Emivita: 5.730 anni.

Gli isotopi 99 e l'idrogeno-3 non possono essere utilizzati per determinare l'età dei fossili a causa della loro breve emivita.

Discipline coinvolte

Le scienze che si occupano della datazione e dello studio dei resti antichi sono diverse: l'archeologia (studio dei resti delle antiche civiltà), la paleontologia (studio degli organismi del passato attraverso i fossili) e l'antropologia (studio dell'essere umano, sia dal punto di vista fisico che culturale).

Uso del carbonio-14

Il carbonio-14 può essere utilizzato per datare reperti organici perché ha un'emivita intermedia che lo rende adatto a oggetti di età fino a diverse decine di migliaia di anni. Il carbonio-14 si forma nell'atmosfera per effetto delle radiazioni cosmiche e si mescola con l'isotopo stabile carbonio-12. Gli esseri viventi assorbono anidride carbonica e altri composti contenenti carbonio; finché sono in vita, la percentuale di carbonio-14 nei loro tessuti resta costante, mentre dopo la morte inizia a diminuire a causa della disintegrazione: questo dà origine al cosiddetto "orologio radioattivo".

Piante "tragametalli" (fitodepurazione)

Piante tracciano metalli

Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Scienze delle Piante dell'Università di Oxford ha trovato che una pianta della Grecia, chiamata Alyssum lesbiacum, è in grado di assorbire e accumulare grandi quantità di nichel nel terreno. Con questa scoperta, il Dr. Andrew Smith e Ute Kramer ipotizzano che in futuro, grazie a tecniche di ingegneria genetica, si potrebbe progettare piante in grado di rimuovere i metalli dal suolo in modo più rapido ed economico rispetto ai metodi attuali.

Il nichel viene assorbito da A. lesbiacum in modo molto efficiente e si accumula nei suoi tessuti, perciò il "raccolto" di queste piante può servire a decontaminare il suolo. Come altri iperaccumulatori, queste piante assorbono metalli in quantità che sarebbero letali per la maggior parte delle specie vegetali. Il problema è che tale pianta cresce molto lentamente e potrebbe volerci molto tempo per bonificare un sito. Per questo i ricercatori cercano i geni responsabili dell'iperaccumulo, con l'obiettivo di trasferirli, mediante modificazione genetica, in piante a crescita rapida come il cavolfiore, in modo che anch'esse possano assorbire i metalli.

Alcuni metodi attuali per la decontaminazione del suolo acidificato sono costosi, possono uccidere i microrganismi e lasciare il terreno sterile. Per questi motivi si ritiene che l'approccio basato sulle piante potrebbe risultare più economico e più rispettoso dell'ambiente.

Batteri che "mangiano" metalli

L'industria dei metalli, in particolare i processi di placcatura, produce rifiuti contenenti metalli pesanti come nichel e cadmio. Questi metalli rappresentano una delle principali fonti di inquinamento dell'ambiente, comprese le acque, e il loro impatto ambientale è gravoso. I metalli pesanti sono diffusi ovunque a basse concentrazioni e la loro rimozione con metodi fisici o chimici è spesso difficile e costosa.

D'altra parte, esistono batteri in grado di degradare sostanze come olio, zolfo, metano e vari composti organici; in sostanza, questi microrganismi ricevono e metabolizzano tali sostanze. Tuttavia, fino a tempi recenti non era possibile sfruttare in modo efficiente i batteri per trattare i metalli pesanti, considerati residui non degradabili. L'unica soluzione praticabile era l'estrazione e lo stoccaggio in siti sicuri.

Un gruppo di ricercatori spagnoli guidati dal dottor Víctor de Lorenzo è riuscito a creare, mediante tecniche di ingegneria genetica, un batterio utile a questo scopo e ha sviluppato una tecnologia che potrebbe servire anche a raccogliere metalli preziosi. L'idea di partenza è che i batteri possiedono cariche negative sulla superficie esterna della membrana, che permettono di trattenere ioni metallici; questa capacità naturale non è però sufficiente e può essere potenziata con l'ingegneria genetica. L'esperimento consiste nell'introdurre nel materiale genetico di batteri come Escherichia coli geni che codificano per una piccola molecola esposta sulla membrana. Questa molecola, chiamata polistidina (polyhistidine), ha un'alta affinità per «agganciare» i metalli pesanti. Grazie a questa protezione di membrana, i batteri modificati riescono a trattenere quantità di atomi metallici anche dieci volte maggiori rispetto al previsto.

Lo svantaggio è che i batteri modificati crescono facilmente in laboratorio, ma meno spesso in natura. L'idea per superare questo limite è prelevare batteri dall'ambiente, modificarli geneticamente e reintrodurli come strumenti per pulire acque e suoli inquinati.