Il meglio della scienza... per immagini

Torri di carbonio microscopiche, cetrioli immaturi, super materiali e vuoto cosmico: ecco le immagini scientifiche più belle del 2011 vincitrici dell'International Science and Engineering Visualization Challenge, il prestigioso concorso sponsorizzato dalla rivista Science e dalla National Science Foundation (NSF).

viz1hrviz2hrviz3hrviz4hrviz5hrviz6hrviz7hrviz8hrviz9hrApprofondimenti
viz1hr

Questa immagine è la vincitrice della categoria "Fotografia". Quella che sembra una caramella, in realtà è una foto che ritrae l'occhio di un topo edidenziandone gli aspetti metabolici, ossia la grande varietà di cellule presenti: ben 70 tipi diversi, dai muscoli alla retina.
Utilizzando la tecnica del Computational Molecular Phenotyping (CMP), il fotografo ha assegnato tre colori, rosso, blu e verde, ai tre diversi amminoacidi comuni a tutte le cellule: taurina, glutammina e glutammato.
In base alla concentrazione di queste sostanze nei diversi tipi di cellula, le varie componenti dell'occhio hanno assunto colorazioni diverse: i fasci muscolari localizzati sul bordo sinistro dell'immagine sono gialli, il tessuto sclerale che circonda l'intera orbita oculare assume una colorazione verde, gli anelli concentrici rosa indicano i fotorecettori della retina mentre in alto a destra è visibile la testa del nervo ottico.

viz2hr

L'avrete mangiato tante volte, ma così non l'avete mai visto: si tratta della fotografia di una buccia di cetriolo acerbo ingrandita 800 volte, che si è meritata una menzione d'onore nel prestigioso concorso.
Quelli che sembrano protuberanze gelatinose in realtà sono tricomi, dei "peli" che ricoprono il cetriolo ancora immaturo per difenderlo dai predatori.
Su queste appendici crescono delle punte affilate 40 volte più sottili di un ago da cucito, in grado di penetrare agevolmente nelle zampe o nelle labbra di chiunque si avvicinasse troppo alla pianta. Come se non bastasse, i tricomi contengono anche la cucurbitacina, una sostanza amarissima e tossiza capace persino di uccidere i predatori.

viz3hr

Il primo premio assegnato dal pubblico è andato a questa "scogliera rossa" che però di roccioso non ha nulla. La fotografia infatti ritrae la struttura a strati monoatomici di un nuovo materiale chiamato Mxene vista al microscopio elettronico.
Si tratta di un composto del titanio e fa parte di una nuova famiglia di materiali bidimensionali, ossia senza spessore: ogni strato è costituito cioè da un foglio dello spessore di un atomo.
Le proprietà peculiari di questi nuovi materiali potrebbero avere interessanti applicazioni in diversi ambiti, come per i dispositivi di immagazzinamento di energia, sensori e celle solari.

viz4hr

Chi sono i cattivi è chiaro in questa immagine inquietante che ha conquistato una menzione d'onore nella categoria “Illustrazioni”.
In un'atmosfera da fantascienza, gli autori hanno rappresentato la guerra in corso tra un farmaco (in verde a forma di “T”) e il cancro al seno, le cui cellule maligne sono rappresentate dai mostri con i tentacoli.
Realizzata con software 3D e basata su immagini reali, intende mostrare il funzionamento di un nuovo anticorpo in fase di studio, il TRA-8, in grado di attivare una particolare proteina situata sulla superficie delle cellule tumorali (il recettore di morte, in quanto deputata a catturare e fagocitare le cellule morte) capace di provocare una reazione a catena che porta alla morte della cellula stessa. Una sorta di interruttore di autodistruzione che, se attivato, ucciderebbe definitivamente il cancro mortale.

viz5hr

Le nanostrutture, per definizione, sono troppo piccole per essere visibili a occhio nudo, ma tramite tecniche di modellazione 3D gli autori di questa illustrazione, che ha ottenuto una menzione d'onore, rendono visibile l'invisibile: un intero “bosco” di nanotubi di carbonio di diametro variabile.
Si tratta di cilindri di atomi delle dimensioni di pochi nanometri (miliardesimi di metro) realizzati grazie a una particolare tecnica laser che permette di controllare con la massima precisione la lunghezza, il diametro e le proprietà dei nanotubi, in modo da poterli modellare in base alle necessità.
Per la loro estrema resistenza il loro impiego potrebbe riguardare una vasta gamma di applicazioni in campo elettronico, come ad esempio transistor, chip e sensori.

viz6hr

Non è arte astratta, ma qualcosa di molti tecnico: in questa immagine, anch'essa vincitrice di una menzione d'onore, è rappresentata una funzione complessa, ossia una relazione matematica composta sia da numeri reali che da numeri immaginari (come la radice quadrata di -1).
Rinunciando a lunghe stringhe di numeri e variabili, questa illustrazione mostra la visualizzazione di tali equazioni matematiche a quattro dimensioni mediante la tecnica della colorazione del dominio (domain coloring): a ogni numero complesso è stata assegnata una diversa tonalità secondo uno specifico schema di colori.
In tal modo è possibile studiare facilmente le proprietà della funzione: saltano subito all'occhio i valori critici come gli zero (punti neri), mentre con più un numero si allontana dallo zero con più acquista luminosità (le regioni bianche, infatti, rappresentano “singolarità” matematiche tendenti all'infinito).
Il risultato è una sorta di carta topografica che racchiude, per ogni punto, due dimensioni di informazione (tonalità e luminosità) anziché la sola dimensione dell'altitudine.

viz7hr

Il pubblico ha scelto di premiare questa immagine tridimensionale che illustra il processo di mitosi, cioè la divisione cellulare, nel momento esatto in cui le membrane delle due cellule si stanno dividendo (in blu).
In giallo sono rappresentati i cromosomi, mentre quello schizzo bianco che fuoriesce dalle cellule è una proteina fluorescente chiamata MiniSOG, un marcatore genetico di nuova scoperta utilizzato per identificare ed etichettare i cromosomi.

viz8hr

Una rete cosmica che cattura le galassie: questo il tema dell'illustrazione che ha conquistato la prima posizione nella categoria “poster e infografiche” del concorso.
I cosmologi autori del poster hanno cercato di illustrare i differenti aspetti della cosiddetta rete cosmica, o cosmic web, partendo dall'idea che le galassie non nascono dal nulla e che la maggior parte della gravità presente nell'universo, necessaria per tenere insieme le galassie tra loro, non è spiegata dalla materia conosciuta.
Secondo questa teoria, la formazione delle galassie dipenderebbe dall'accumulo di materia oscura la quale, a livello teorico in quanto impossibile da osservare, provocherebbe la maggior parte della gravità dell'universo. La struttura dell'universo in larga scala è dominata da vaste regioni libere da materia, chiamate vuoti cosmici. Dove la materia oscura è più densa, le galassie prendono forma, posizionandosi in un complesso network di muri, filamenti e cluster separati dai grandi vuoti.
Nel poster, che dall'alto al basso rappresenta una distanza di circa 240 milioni di anni luce, gli autori illustrano questo processo esplorando lo stesso segmento di spazio da 5 differenti punti di vista (da sinistra a destra), dal supercluster alla galassia, dall'invisibile al visibile.

viz9hr

Una menzione d'onore è arrivata anche per questo poster contenente una rappresentazione 3D del virus dell'Ebola, responsabile di epidemie mortali di febbre emorragica nel continente africano.
L'illustrazione, oltre a mettere in evidenza la caratteristica forma a occhiello del virione e la sua la superficie, permette di dare uno sguardo alla sua struttura molecolare interna con tutti i suoi componenti: polipeptidi, lipidi, RNA e proteine che funzionano da velcro mortale (in marrone), aggrappandosi alle cellule target e garantendo al virus un agile accesso al loro interno.

Questa immagine è la vincitrice della categoria "Fotografia". Quella che sembra una caramella, in realtà è una foto che ritrae l'occhio di un topo edidenziandone gli aspetti metabolici, ossia la grande varietà di cellule presenti: ben 70 tipi diversi, dai muscoli alla retina.
Utilizzando la tecnica del Computational Molecular Phenotyping (CMP), il fotografo ha assegnato tre colori, rosso, blu e verde, ai tre diversi amminoacidi comuni a tutte le cellule: taurina, glutammina e glutammato.
In base alla concentrazione di queste sostanze nei diversi tipi di cellula, le varie componenti dell'occhio hanno assunto colorazioni diverse: i fasci muscolari localizzati sul bordo sinistro dell'immagine sono gialli, il tessuto sclerale che circonda l'intera orbita oculare assume una colorazione verde, gli anelli concentrici rosa indicano i fotorecettori della retina mentre in alto a destra è visibile la testa del nervo ottico.