giovedì 14 luglio 2016

THE MOLECULAR ASYMMETRY AND EARTH'S MAGNETIC FIELD



Post n.28 English


The amino acids, that make up proteins exist in two forms, Destro and Levo, a mirror image of the other, as we have amply exposed in the articles regarding the molecular asymmetry problem. These two molecular forms have the same chemical-physical properties and therefore always appear together. Since both the D-form that the L-form, in the prebiotic era, were surely dissolved in water, the molecular disorder would produce cross reactions between L and D amino acids and give rise to proteins containing the two forms, but of no biological interest. Now the issue is that all the proteins in all living organisms are made up only of the L-shaped amino acids. Life is so asymmetrical, how did this choice occur? For more than a century and a half the researches were often oriented towards existence, in the mineral world, of an asymmetric material that conditioned the choice. Starting from the Bernal theory on the role of clays and quartz, polarimetric observations (post n. 22) have put in evidence  how the colloidal silica rotates the plane of polarized light to the left. The colloidal silica may be that asymmetrical mineral much sought throughout time, which favored the L-amino acids. We have assumed that the deviation of the polarized light of the colloidal silica is due to the formation of helical structures of Levo quartz type. If the colloidal silica in aqueous solution gives rise to helical structures, they are as likely to form structures that both Destro & Levo structures.
Why did the Levo prevail?
In the article "The Origin of proteins: the molecular asymmetry problem (fifth part)" had suggested that the Earth's magnetic field had played a vital role in the asymmetry of the colloidal silica. In fact, the article concluded: «Ultimately the tetrahedral structural units of the silica, when binding to form colloidal particles they could have any orientation and even the slightest external contribution may have given a preferred direction. This contribution could be given to the combined effect of the Earth's magnetic field and the three factors listed below: the asymmetry of water, the formation of clusters and the tetrahedral structural unit.
It is possible that this combined effects impose a preferred direction and the cause of the asymmetry of the colloidal silica».
So then, eliminating the Earth's magnetic field, the  asymmetry of the colloidal silica should disappear.
My relationship with Magistri Cumacini, the High School where I taught for almost thirty years, is still ongoing. A group of teachers, now retired, work at the reordering and cataloguing operations of the school library.
The question on the magnetic field, in reality, was not posed by me, but a dear colleague,  Physics Professor Clemente Cattaneo. In fact, as Clemente explained to me, Earth's magnetic field can not be eliminated completely but anyway we decided to try.
The kindness and the interest of the Engineer, Enrico Tedoldi, Headmaster, who granted us permission, was ever present.
After measuring the magnetic field in the laboratory, corresponding to 0.16 Gauss, Clemente prepared the necessary equipment. This is consisted in a 20 cm of 150 solenoid coils, traversed by a continuous current of 17mA which generates a magnetic field of approximately 0.16 Gauss. By placing an inversed field compared to Earth’s, we definitely reduced if not canceled out the field in the area. Unfortunately we could not assess the variation of the field produced by the metal parts of the polarimeter, but we are certain that the influence is negligible compared to the field created by the solenoid. We found that a sensitive compass did not undergo significant deviations within the polarimeter which is made up of pervalently aluminum, stainless steel and plastic.
With a direct polarity the field was, however, increased.
For the experiment were used Na2SiO3 (soluble glass) in H2O and CH3CH2OH (ethyl alcohol), magnetic stirrer, polarimeter "Polax 2L". 
www.tecolab.bs.it

In Polarimeter the metal staff of the test tube was replaced by an identical wooden support.

Procedures and data:
1) Standard procedure:
0.3g Na2SiO3 in beaker, added 38cc of H2O on a magnetic stirrer at 300 rpm for 1 minute.
Added 12cc of CH3CH2OH and continue the agitation for half a minute.
Take off beaker from the agitator and let sit 2 minutes.
After sitting, the solution is poured into the polarimeter tube, it is closed and sits on the support inside the polarimeter; time required 1 minute.
Let the solution sit from 1 to 2 minutes in the polarimeter and then the measurement is taken.
2) Procedure to decrease the magnetic field of the circuit:
Perform the standard procedure but the circuit is placed outside of the polarimeter tube before filling it.
Results.

Procedure 1)
Deviation of the plane of polarized light: -0.20
Procedure 2)
Deviation of the plane of polarized light: First test: -0.15; Second test: -0.20
We do not know how much the circuit lowers the Earth's magnetic field. One can conclude however, that no decrease in the deviation of the polarized light which goes beyond the limit of sensitivity of the polarimeter is observed.
If the magnetic field contributes to the asymmetry of the colloidal silica, by increasing the magnetic field, the deviation of the polarized light must increase.
This question was asked once more by Clemente.
Here we played on reliable data: placed the solution under four times the Earth's magnetic field. As it often happens in researches the unexpected occurs: The deviation of the polarized light wasn’t increased, but had disappeared. The colloidal silica lost its asymmetry.
1) Standard procedure: as above
2) Standard procedure , 4 times the Earth's magnetic field, entering the external circuit of the polarimeter tube before filling.
Deviation of the polarized light (the tests were carried out alternately).
Procedure 1) First test: -0.25, Second Test: -0.20, Test Three: -0.20
Procedure 2), First Test: 0, Second Test: 0, Round Three: 0
In order to draw definitive conclusions of the magnetic field at different values, a number of tests should be done and a graph plotted. I, however don’t have more than one laboratory, and it is not correct to abuse of the kindness of others. The tests described above are therefore a clue, a strong indication of the role played by Earth's magnetic field.
It is possible that without the presence of a magnetic field there may be no asymmetry of the colloidal silica. The appearance of a magnetic field imposes, through the tetrahedrons of water, a slight rotation on the siliceous structures, and therefore the appearance of the asymmetry of the colloidal silica. It is likely then that beyond a certain value, Earth's magnetic strong magnetic field does not induce a rotation, but imposes a strong alignment of the small magnetic fields of water molecules destroying the asymmetry of the colloidal silica.

Precautions
To make precise polarimeter measurements the following instructions are necessary.
In use, the polarimeter heats up after some time from 20 ° C to 26 °- 27 ° C.
By varying the temperature of the polarimeter also the zero of the polarimeter varies. By working at room temperature, turning on and off the polarimeter doesn’t keep it at a constant temperature and therefore we must constantly chase the zero. It is best to turn the polarimeter on, wait on average 2 hours until the temperature stabilizes and then reset for the zero. Check the temperature at each reading, the oscillations must not be greater than ± 0.2 ° C.
The screw cap and the slide of the polarimeter tube must always be in the same position and to avoid errors due to the thickness of the glass or the inner rubber seal. Make marks on the slide and on the capsule and place it always at the same position.
If during closing the glass does not stay attached to the rubber gasket, put a droplet of water on the seal and place the glass on top.
When the polarimeter is reset in a void, if you insert the polarimeter tube with water different values ​​can be observed if it is rotated. Glue a sticker with four signs on the polarimetric tube. Observe the polarimeter, rotate it  in the four positions and choose the position with results closest to zero. Reset it  and start to measure the sample using that as a reference point.
                                                                                                    
                                                                                          Clemente Cattaneo
                                                                                          Giovanni Occhipinti

Translated by: Sydney Isae Lukee


lunedì 11 luglio 2016

ASIMMETRIA MOLECOLARE E CAMPO MAGNETICO TERRESTRE



Post n. 28


Come abbiamo ampiamente esposto negli articoli riguardanti il problema dell’asimmetria molecolare, gli amminoacidi, costituenti le proteine, esistono sotto due forme, Destro e Levo, una l’immagine speculare dell’altro. Queste due forme molecolari hanno le stesse proprietà chimico-fisiche e quindi si presentano sempre insieme. Poiché sia la forma D che la forma L, in epoca prebiotica, erano sicuramente disciolte in acqua, il disordine molecolare avrebbe prodotto reazioni incrociate tra amminoacidi L e D e dato origine a proteine contenenti le due forme, ma di nessun interesse biologico. Ora la questione è che tutte le proteine, in tutti gli organismi viventi, sono costituite solo da amminoacidi della forma L. La vita è quindi asimmetrica, ma come è avvenuta tale scelta? Da oltre un secolo e mezzo la ricerca si è spesso orientata verso l’esistenza, nel mondo minerale, di un materiale asimmetrico che abbia coadiuvato tale scelta. Partendo dalla teoria di Bernal sul ruolo delle argille e del quarzo, osservazioni polarimetriche hanno messo in evidenza come la silice colloidale ruota il piano della luce polarizzata a sinistra. La silice colloidale potrebbe essere quindi quel minerale asimmetrico, da tanto tempo ricercato, che abbia favorito gli amminoacidi L. Abbiamo supposto che la deviazione della luce polarizzata della silice colloidale sia dovuta alla formazione di strutture elicoidali del tipo quarzo Levo. Ma se la silice colloidale in soluzione acquosa dà origine a strutture elicoidali, hanno la stessa probabilità di formarsi sia strutture Destro che strutture Levo.
Perché avrebbe prevalso la forma Levo?
Nell'articolo “Origine delle proteine: il problema dell’asimmetria molecolare (quinta parte)” avevamo avanzato l’ipotesi che il campo magnetico terrestre avesse giocato un suo ruolo fondamentale nell'asimmetria della silice colloidale. Infatti l’articolo concludeva: “In definitiva le unità strutturali tetraedriche della silice, legandosi per dare particelle colloidali, potrebbero orientarsi in qualsiasi direzione e un contributo, anche se piccolissimo, potrebbe darle una direzione preferenziale. Tale contributo potrebbe essere dato dall'effetto combinato tra il campo magnetico terrestre e i tre fattori sopra elencati: l’asimmetria dell’acqua, la formazione dei cluster e l’unità strutturale tetraedrica.
 È possibile quindi che questo effetto combinato imponga una direzione preferenziale e sia all'origine dell’asimmetria della silice colloidale».
Ma allora, eliminando il campo magnetico terrestre l’asimmetria della silice colloidale dovrebbe scomparire.
Il mio rapporto con la Magistri Cumacini, la scuola dove ho insegnato per quasi trent'anni, in realtà non si è interrotto. Un gruppo di insegnanti, ormai in pensione, collaboriamo al riordino e al funzionamento della biblioteca scolastica.
La domanda sul campo magnetico, in verità, non me la sono posta io, ma un caro collega di fisica, il professore Clemente Cattaneo. In realtà, come Clemente mi ha illustrato, il campo magnetico terrestre non si può eliminare completamente. Ad ogni modo abbiamo deciso di provare.
Non è mancata, come di consueto, la gentilezza e l’interesse dell’ing. Enrico Tedoldi, Dirigente Scolastico, che ci ha concesso l’autorizzazione.
Dopo aver misurato il campo magnetico presente in laboratorio, corrispondente a 0,16 Gauss, Clemente ha predisposto l'attrezzatura necessaria. Essa è costituita da un solenoide di 20 cm e 150 spire, percorso da una corrente continua di 17mA che genera un campo magnetico d'intensità pari a circa 0,16 Gauss. Disponendo la polarità del solenoide inversa al campo magnetico terrestre, abbiamo sicuramente ridotto se non annullato il campo della stessa. Purtroppo non abbiamo potuto valutare la variazione del campo prodotta dalle parti metalliche del polarimetro, ma essa è sicuramente trascurabile rispetto al campo generato dal solenoide. Abbiamo infatti constatato che una sensibile bussola non subiva rilevanti deviazioni all'interno del polarimetro che è stato costruito in alluminio, acciaio inossidabile e plastica.
Con polarità diretta il campo è stato, invece, aumentato.
Per l’esperimento sono stati utilizzati Na2SiO3 (Vetro solubile) in H2O e CH3CH2OH (Alcool etilico), Agitatore magnetico, Polarimetro “Polax 2L”. Nel Polarimetro il sostegno metallico del tubo di prova è stato sostituito da un identico sostegno in legno.
Procedure e dati:
1) Procedura standard:
0,3g di Na2SiO3 in becher, aggiunti 38cc di H2O su agitatore magnetico a 300 giri per 1 minuto.
Aggiunti 12cc di CH3CH2OH e si continua l’agitazione ancora per ½ minuto.
Si toglie il becher dall’agitatore e si lascia riposare 2 minuti.
Dopo riposo la soluzione si versa nel tubo polarimetrico, si chiude il tubo polarimetrico e si poggia sul sostegno all’interno del polarimetro; tempo richiesto 1 minuto.
Si lascia riposare la soluzione da 1 a 2 minuti all’interno del polarimetro e si esegue la misura.
2) Procedura con circuito per diminuire il campo magnetico:
Si esegue la procedura standard ma il circuito viene inserito all’esterno del tubo polarimetrico prima del riempimento.
Risultati.
Procedura 1)
Deviazione del piano della luce polarizzata: -0,20
Procedura 2)
Deviazione del piano della luce polarizzata: Prima prova: -0,15; Seconda prova: -0,20
Non sappiamo di quanto il circuito abbassi il campo magnetico terrestre. Si può comunque concludere, che non si è osservata nessuna diminuzione della deviazione della luce polarizzata che vada oltre il limite di sensibilità del polarimetro.
Ma se il campo magnetico contribuisce all'asimmetria della silice colloidale, aumentando il campo magnetico deve aumentare la deviazione della luce polarizzata.
Questa domanda in realtà se l’è posta ancora una volta Clemente.
Qui abbiamo giocato su dati certi: abbiamo sottoposto la soluzione a quattro volte il campo magnetico terrestre. Come spesso avviene nella ricerca, succede ciò che non ti aspetti: La deviazione della luce polarizzata non solo non è aumentata, ma è scomparsa. La silice colloidale ha perso la sua asimmetria.
1) Procedura standard: come sopra
2) Procedura standard + 4 volte il campo magnetico terrestre, inserendo il circuito all’esterno del tubo polarimetrico prima del riempimento.
Deviazione della luce polarizzata (le prove sono state condotte in modo alternato).
Procedura 1), Prima prova: -0,25, Seconda prova: -0,20, Terza prova: -0,20
Procedura 2), Prima prova: 0, Seconda prova: 0, Terza prova: 0
Per trarre conclusioni definitive bisognerebbe fare un certo numero di prove e costruire un grafico a diversi valori del campo magnetico. Io, però, non dispongo più di un laboratorio e non è corretto abusare della gentilezza altrui. Le prove sopra illustrate rimangono quindi indizio, un forte indizio sul ruolo giocato dal campo magnetico terrestre.
È possibile che senza la presenza di un campo magnetico non ci sia asimmetria della silice colloidale. La comparsa di un campo magnetico impone, attraverso i tetraedri di acqua orto, una leggera rotazione alle strutture silicee e quindi la comparsa dell’asimmetria della silice colloidale. È probabile allora che oltre un certo valore, il forte campo magnetico terrestre non produca una rotazione ma imponga un forte allineamento ai piccoli campi magnetici delle molecole dell’acqua orto distruggendo l’asimmetria della silice colloidale.

Accorgimenti
Per fare misure di precisione al polarimetro sono opportuni i seguenti accorgimenti.
Durante l’uso il polarimetro si scalda e dopo qualche ora passa da 20°C a 26°-27°C.
Al variare della temperatura del polarimetro varia anche lo zero del polarimetro. Lavorare a temperatura ambiente, accendendo e spegnendo il polarimetro, non lo mantiene a temperatura costante e quindi bisogna continuamente rincorrere lo zero-set. È preferibile accendere il polarimetro, attendere mediamente 2h, fino a quando la temperatura si stabilizza e quindi azzerare. Controllare ad ogni lettura la temperatura, l’oscillazione non deve essere maggiore di ± 0,2°C.
La capsula a vite ed il vetrino del tubo polarimetrico, devono essere sempre nella stessa posizione e ciò per evitare errori dovuti allo spessore del vetro o della guarnizione interna. Fare dei segni sul vetrino e sulla capsula e posizionarli sempre in corrispondenza.
Se durante la chiusura il vetrino non rimane attaccato alla guarnizione di gomma, mettere una gocciolina d’acqua sulla guarnizione e poggiare sopra il vetrino.
Azzerato il polarimetro a vuoto, se si inserisce il tubo polarimetrico con acqua si osservano valori diversi quando lo stesso viene ruotato. Incollare sul tubo polarimetrico un adesivo con quattro segni. Si osserva al polarimetro, si ruota nelle quattro posizioni e si sceglie la posizione che più si avvicina allo zero. Si azzera e si passa a misurare il campione utilizzando la posizione di riferimento.
                                                                                                      Clemente Cattaneo
                                                                                                      Giovanni Occhipinti 

Prossimo articolo fine ottobre. "Le proteine: queste fantastiche macchine molecolari"