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Un solo ione può influenzare un milione di molecole d’acqua

L’acqua è una sostanza semplice e complessa allo stesso tempo. Una molecola d’acqua (H2O) è composta solo da 3 atomi ma il comportamento di un insieme di molecole d’acqua è unico e continua a stupire. Le molecole d’acqua sono collegate tra loro mediante legami a idrogeno che si rompono e si formano diverse migliaia di miliardi di volte al secondo. Questi legami conferiscono all’acqua proprietà uniche e insolite. Gli organismi viventi sono composti da acqua salata per il 60%. Decifrare le interazioni esistenti tra acqua e ioni è quindi di fondamentale importanza per comprendere la vita. Un gruppo di ricercatori del Laboratory for fundamental BioPhotonics dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, guidati da Sylvie Roke, hanno sondato l’influenza degli ioni sulla struttura dell’acqua con misurazioni eseguite con strumenti che hanno un grado di sensibilità molto elevato.

Secondo le loro analisi multiscala, un singolo ione ha un’influenza piccola ma misurabile su milioni di molecole d’acqua, vale a dire 10.000 volte di più di quanto si ritenesse precedentemente.

In un articolo che viene pubblicato su Science Advances, gli autori spiegano come un singolo ione può provocare la torsione dei legami di diversi milioni di molecole d’acqua su una distanza superiore a 20 nanometri, causando un ‘irrigidimento’ del liquido. Fino ad oggi non era stato possibile vedere gli ioni che influenzano più di un centinaio di molecole (una distanza di circa 1 nm). Le misurazioni effettuate all’Epfl hanno mostrato che l’acqua è molto più reattiva agli ioni di quanto si pensasse.

Le molecole di acqua sono costituite da un atomo di ossigeno carico negativamente e due atomi di idrogeno carichi positivamente. La molecola quindi non presenta al centro la stessa carica delle estremità. Quando uno ione, che è un atomo elettricamente carico, entra in contatto con l’acqua, la rete di legami a idrogeno viene perturbata e la perturbazione si estende su milioni di molecole circostanti, in modo tale che le molecole di acqua si allineano preferenzialmente in una direzione specifica. È come se le molecole di acqua “irrigidissero la loro rete” tra i vari ioni.

Dalla scala atomica a quella macroscopica

Il comportamento dell’acqua è stato testato in tre modi diversi: eseguendo misure ottiche ultraveloci che hanno rivelato la disposizione delle molecole su scala nanometrica; effettuando una simulazione al computer su scala atomica; realizzando la misurazione della struttura e della tensione superficiale dell’acqua che è stata eseguita a livello macroscopico. Per l’ultimo metodo è stata semplicemente immersa una sottile lastra di metallo nell’acqua ed è stata tirata delicatamente con un tensiometro per determinare la resistenza dell’acqua allo stiramento. Si è osservato che la presenza di alcuni ioni rende più facile tirare fuori la piastra, cioè gli ioni riducono la resistenza superficiale dell’acqua.

Questo strano effetto era già stato osservato nel 1941, ma fino ad ora era rimasto controverso e inspiegabile. Grazie all’analisi multiscala è stato possibile collegare questo effetto all’irrigidimento del bulk della rete dei legami a idrogeno indotto dagli ioni: un bulk più rigido porta a una superficie relativamente più flessibile”

I ricercatori hanno effettuato lo stesso esperimento con 21 sali diversi: tutti hanno influenzato l’acqua nello stesso modo. Poi hanno studiato l’effetto degli ioni sull’acqua pesante (D2O), i cui atomi di idrogeno sono isotopi pesanti (con neutroni supplementari nel nucleo). Questo liquido è quasi indistinguibile dall’acqua normale ma le sue proprietà sono molto diverse. Per perturbare l’acqua pesante allo stesso modo è necessaria una concentrazione di ioni sei volte superiore. Un’ulteriore prova della unicità dell’acqua.

Nessuna collegamento con la memoria dell’acqua o l’omeopatia

Il team di ricercatori è consapevole che potrebbe esserci la tentazione di collegare questi risultati a vari tipi di ‘credenze’ sull’acqua e sono quindi molto attenti a prendere le distanze da qualsiasi interpretazione inverosimile. “La nostra ricerca – ha affermato Sylvie Roke – non ha nulla a che fare con la memoria dell’acqua o l’omeopatia.

Raccogliamo dati scientifici che sono tutti verificabili. Per dimostrare il ruolo dell’acqua in omeopatia, almeno un altro milione di miliardi di miliardi di molecole d’acqua dovrebbero essere interessate e anche così non saremmo sicuri del risultato”.

La nuova scoperta sul comportamento dell’acqua sarà utile nella ricerca di base e anche in altri settori. L’interazione tra acqua e ioni è onnipresente nei processi biologici relativi agli enzimi, ai canali ionici e al ripiegamento delle proteine. Ogni nuovo pezzetto di conoscenza offre una maggiore conoscenza sul funzionamento della vita.

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