Quelli che abbiamo in casa sono decine. Stanno rintanati nel frigorifero, nella lavatrice, nella lavastoviglie, nel frullatore, nell’asciugacapelli, nei lettori di CD e Dvd, nel videoregistratore, nel rasoio elettrico, nell’aspirapolvere, persino nel computer, dove un motorino elettrico fa girare la ventola per raffreddare i microprocessori.
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Secondo la Fao nell’ultimo secolo abbiamo perso tre quarti della diversità genetica esistente nelle colture agricole, e delle 6300 razze animali di interesse alimentare 1350 sono in via di estinzione. Una epidemia globale che colpisse qualche specie di importanza primaria per l’alimentazione (l’aviaria dei polli, per esempio) avrebbe conseguenze gravissime. Solo una grande diversità biologica permetterebbe di fronteggiare una tale emergenza.
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Papà e mamma non lo sapevano, ma mentre ci concepivano facevano un complesso e audace esercizio di ingegneria genetica, al punto che noi - frutto di quella manipolazione (chiamiamola così) - abbiamo metà geni dell’uno e metà geni dell’altra.
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Le “nostre” cellule sono dunque una minoranza: per ognuna di esse, ne abbiamo addosso nove estranee. Quattrocento specie di batteri abitano nel nostro intestino, una bella varietà se pensiamo che sono 600 in tutto le specie di uccelli che possiamo trovare in Europa. Altri batteri colonizzano i denti e le mucose, la pelle è un autentico ecosistema microbico, con flore ben diverse a seconda che si tratti del dorso della mano, dal clima ventilato, o del palmo, dove il clima è caldo-umido, mentre sulla nostra fonte, nei pori delle ghiandole sebacee prosperano milioni di acari commensali, i Demodex follicolorum. Insomma: non siamo individui ma popolose comunità. E si può discutere se siamo noi a usare miliardi di creature microscopiche o se sono loro a usare noi.
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Per dissetarci abbiamo bisogno di due litri di acqua al giorno, che d'estate possono aumentare a due litri e mezzo o tre. Per lavarci i denti lasciando scorrere l'acqua dal rubinetto, se ne vanno 30 litri. Per lavarci la faccia mattino e sera, e le mani tre o quattro volte al giorno, consumiamo altri 10 litri. La vasca da bagno è una divoratrice di acqua: ne richiede fino a 150 litri. Rispetto al bagno, la doccia fa risparmiare: se ne vanno 20 litri al minuto e di solito tre minuti di doccia sono sufficienti. Poi occorre lavare i piatti: 50-70 litri se li laviamo a mano, un po' meno, 35-40 litri, se usiamo una lavastoviglie. Ogni volta che facciamo funzionare lo sciacquone del gabinetto se ne vanno 15 litri. Un ciclo della lavatrice consuma 40-50 litri. Lavare un'automobile richiede da 130 a 800 litri di acqua.
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Abbiamo già fatto notare che all'inizio del Novecento gli italiani in media vivevano meno di cinquant'anni. Oggi gli uomini vivono 76 anni e le donne 82. Dati simili valgono anche per la Francia, la Germania, la Svezia, il Giappone. Insomma, per tutti i Paesi ricchi. Se nel mondo sviluppato si vive tanto di più rispetto a un secolo fa, in buona misura dobbiamo ringraziare il fatto che le nostre case hanno acqua potabile per bere e cucinare. E acqua calda e fredda per lavarsi. Perché lavarsi e bere acqua pura significa prevenire un gran numero di malattie infettive che fanno strage nei paesi poveri e assetati.
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Se poi la temperatura sale ancora e raggiunge il miliardo di gradi, il carbonio cattura un ulteriore nucleo di elio, e il piatto è servito: abbiamo l’ossigeno. Il nostro corpo contiene quattro secchi d’acqua: cioè 5 chilogrammi di idrogeno marchiato Big Bang e 35 chilogrammi di ossigeno fabbricato in stelle delle passate generazioni e riciclato in nebulose, nuove stelle, pianeti. Già questo fatto, ignorato dai più, toglie l’acqua dal novero delle cose banali.
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Esistono però isotopi dell’idrogeno piuttosto rari, nel cui nucleo troviamo un neutrone (e allora abbiamo quel genere di idrogeno che chiamiamo deuterio) o due neutroni (e in questo caso abbiamo il trizio, un gas radioattivo perché il suo nucleo è instabile e tende a eliminare i neutroni in eccesso). Ecco dunque già tre diverse possibili molecole di acqua, a seconda che a combinarsi con l’ossigeno sia un atomo di idrogeno normale o uno di deuterio (in questo caso si parla, giustamente, di “acqua pesante”) o uno di trizio (eventualità rarissima).
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Ne abbiamo da 1,3 a 1,7 metri quadrati e, nell’ordine dall’esterno all’interno, è suddivisa in tre strati: epidermide, derma e ipoderma.
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In casa ne abbiamo parecchi. Quello del bagno conosce i nostri segreti più intimi. Secondo un mito consolidato gli specchi rovesciano la destra con la sinistra, e quindi in essi non ci vediamo così come ci vedono gli altri. Non è così. Provate a immaginarvi posti dietro lo specchio nella stessa posizione in cui vi state guardando e ve ne convincerete.
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Se ci guardiamo intorno, a parte le applicazioni del Laser, quasi tutte le tecnologie che abbiamo in casa sono nate nell’Ottocento: telefono e radio, ora uniti nel cellulare, motori elettrici e a scoppio, illuminazione elettrica, macchine per registrare e riprodurre il suono. Persino il computer: l’idea risale a Charles Babbage e alla sua “macchina analitica”, anno 1832.
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Se su un lato di una lastra di vetro dalle facce perfettamente parallele mettiamo un sottile strato di argento, abbiamo fatto uno specchio in grado di riflettere fino al 95 per cento della luce che riceve. L’argento ben lucidato riflette la luce in tutti i suoi colori.
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Nell’asciugacapelli una resistenza elettrica di nichel-cromo scalda l’aria per quell’effetto Joule che abbiamo già descritto parlando delle lampadine a incandescenza, un motore elettrico fa girare una ventola forzando l’aria a passare attraverso la resistenza e un tubo con ugello di forma variabile dirige il flusso caldo dove serve.
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Nel 1999 si è scoperto che nel naso abbiamo una quantità rilevante di cellule staminali nervose, cioè cellule ancora “bambine” che possono essere indotte a formare tessuti diversi, anche non di natura nervosa: segno evidente che l’olfatto ha una forte centralità biologica. I recettori olfattivi, del resto, consistono in ciglia sottilissime appartenenti a cellule distribuite sulla mucosa nasale, e queste ciglia sono in realtà autentici terminali nervosi collegati direttamente al cervello. In sostanza, dunque, possiamo considerare l’olfatto come un affacciarsi all’esterno del cervello, un “guardar fuori” ancora più immediato dello sguardo, benché anche la retina una specializzazione delle cellule cerebrali.
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Se si dà corrente all’avvolgimento abbiamo un motore a corrente continua, se mettiamo in moto l’indotto facendolo ruotare (per esempio a mano, pedalando o con una cascata d’acqua), questo genera corrente continua (dinamo). Il 13 maggio 1865 Pacinotti pubblica il suo lavoro sul Nuovo Cimento, senza preoccuparsi di brevettare l’invenzione, che ingenuamente presenterà poi al belga Zénobe Gramme. Sarà lui a perfezionarla e a brevettarla quattro anni dopo. Così va il mondo.
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Abbiamo due milioni di ghiandole sudoripare, più o meno fitte secondo le zone del corpo, e i loro condotti in totale sono lunghi cinque chilometri. In un giorno, un mietitore o un fuochista, attraverso quei due milioni di ghiandole, possono eliminare fino a 10 litri di acqua e 30 grammi di sale.
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Nell’insieme, la natura sembra più preoccupata dal freddo che dalla canicola: per avvertire il gelo abbiamo 300 mila punti, soltanto 30 mila per il calore. I punti sensibili alla pressione sono in media 25 per centimetro quadrato. Quelli sensibili al dolore variano molto da zona a zona: sul dorso della mano ce ne sono da 100 a 200 per centimetro quadrato. La sensibilità in ogni caso dipende dall’area del cervello dedicata alle varie parti del corpo. La rappresentazione cerebrale di queste parti è fortemente asimmetrica: dita delle mani e labbra sono enormi, petto, schiena, gambe e braccia molto piccoli.
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I motori a corrente alternata che abbiamo in casa ben mimetizzati in vari elettrodomestici sono una ventina: tre nella lavastoviglie e altrettanti nella lavatrice, due o tre nel frigorifero, uno nell’aspirapolvere, uno nell’asciugacapelli, più quelli della cappa aspirante, quelli che fanno girare l’aria nel forno, del macinacaffé, del frullatore, dello spremi agrumi...
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Li abbiamo sostituiti con decine di punti luce. Lampadari in ogni stanza, spie e display luminosi sugli elettrodomestici, faretti. Persino il forno e il frigorifero si illuminano aprendo lo sportello. È difficile, oggi, immaginare com’è stato buio il mondo per millenni e millenni, fino a due secoli fa.
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In casa, tra televisori, radio, impianto Hi-Fi, lettori di Cd e Dvd, macchine fotografiche, ma anche lavatrici, frigoriferi e altri elettrodomestici, ne abbiamo alcuni miliardi...
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Noi abbiamo 100 mila miliardi di sinapsi e il computer globale 57 mila miliardi di hyperlink. L’uomo ha una memoria da 100 milioni di megabyte, il computer mondiale da 85 mila miliardi. Ma il cervello umano consuma 20 watt contro i 377 miliardi di watt del computer globale. E solo nel 2040 la totalità dei computer avrà la capacità di calcolo di 7 miliardi di cervelli umani (oggi siamo 6,7 miliardi, nel 2040 saremo 9 miliardi).
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Abbiamo appena detto che il cervello umano ha 100 miliardi di neuroni, più o meno il numero di stelle di una galassia. È importante che siano tanti, c’è un rapporto – benché non lineare – tra il numero dei neuroni e l’intelligenza di una specie: la lumaca di mare Aplysia californica sulla quale Erik Kandel ha studiato i meccanismi molecolari della memoria di neuroni ne ha solo 20 mila. Ancora più importante è però come i nostri 100 miliardi di neuroni sono connessi attraverso le circa diecimila sinapsi di cui ognuno è dotato. In modo analogo, l’intelligenza dei chip rimarrebbe ben limitata se non fosse connessa da una fittissima rete di vecchi cavi di rame e moderne fibre ottiche, ponti radio terrestri e ponti radio tra satelliti in orbita geostazionaria sopra l’equatore.
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Così, come abbiamo già visto, le onde radio vanno dalla lunghezza di parecchi chilometri fino a un millimetro; da un millimetro a circa un millesimo di millimetro si estendono le onde infrarosse, che percepiamo sotto forma di calore; da un millesimo di millimetro a circa 3500 Angstrom (un Angstrom equivale a un decimilionesimo di millimetro) abbiamo la luce visibile in tutti i suoi colori che vanno dal rosso al violetto; oltre ancora abbiamo l’ultravioletto, poi i raggi X e infine i raggi gamma, che sono così energetici da comportarsi ormai come particelle.
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Quando lo spegniamo sa dove eravamo nell’istante in cui abbiamo interrotto il contatto e ovviamente saprà in quale cella lo riprenderemo per poterci ridare il servizio e scaricare gli eventuali messaggini che nel frattempo sono rimasti parcheggiati presso di lui.
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In questo caso ne abbiamo anche un vantaggio diretto: il telefonino invia il suo messaggio a tutte le antenne alla sua portata e stabilisce il contatto con la cella più favorevole commisurando la potenza di trasmissione sulla distanza minima per risparmiare energia e far durare di più la carica della batteria.
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I comandi vocali si usano ormai in molte situazioni, ad esempio per chiamare un numero telefonico in auto quando abbiamo le mani impedite dalla guida, e il dialogo diretto con la macchina è una realtà, anche se ancora perfezionabile. In futuro parlare al computer sarà del tutto normale.
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Non dimentichiamo che sono computer non solo quelli che abbiamo in ufficio e nello studio domestico. Sono computer (con funzioni specifiche) anche i molti microprocessori che si nascondono in lavatrici, frigoriferi, registratori e molti altri elettrodomestici. Le reti senza fili a breve distanza li possono connettere tra loro e alla grande rete, aprendo la strada alla domotica, cioè a una casa completamente elettronica telecomandabile e robotizzata.
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Poche cose ci identificano come le interrogazioni che gli sottoponiamo: è facile dedurne i nostri interessi, il lavoro che facciamo, il nostro livello culturale, quali curiosità ci guidano, che opinioni abbiamo, quali prodotti ci attraggono. Di qui i ben mirati consigli per gli acquisti che accompagnano le nostre ricerche. E un dubbio: queste informazioni vengono usate solo per questo già discutibile fine o possono essere rivendute a chiunque abbia interesse ad acquistarle? D’altra parte, se l’acquirente fosse il ministero della Difesa Usa e l’obiettivo la lotta al terrorismo, come si potrebbe dire di no? La legge italiana del 31 dicembre 1996 n.675 sulla tutela dei dati personali (o privacy), con tutte le scartoffie che ci ha costretti a firmare incomincia ad apparire provinciale e patetica, non solo scomoda e inefficace.
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Complessivamente, la durata del giorno aumenta di circa due millesimi di secondo per secolo, e le conseguenze, adesso che quasi tutti abbiamo al polso orologi digitali regolati da un cristallo di quarzo, si avvertono anche nella vita quotidiana. Per questo a partire dagli Anni 60 del secolo scorso ogni tanto si è dovuto aggiungere un secondo al tempo astronomico, e in totale si è arrivati a oltre mezzo minuto di correzione.
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Tutti da bambini abbiamo giocato con i frutti di bardana perché si incollano ai vestiti: se li tirate all’avversario, restano lì a provare che avete fatto centro. Georges De Mestral, un ingegnere svizzero, non ci ha giocato. Anzi, detestava i frutti di bardana perché al rientro dalle battute di caccia li trovava sempre impigliati nei suoi pantaloni di velluto e nel pelo del suo cane.
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Poiché abbiamo sfiorato un tema sexy, rimaniamo in argomento. Nel 1930 l’americano Wallace Hume Carothers, chimico dei laboratori DuPont, era già famoso per aver inventato, in collaborazione con il prete belga Julius Nieuwland, il neoprene, una delle prime gomme sintetiche commerciali. Ma doveva ancora dare il meglio di sé.
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Tutti lo abbiamo provato: per esempio, quando ci punge una zanzara, la pelle si arrossa e si gonfia per la dilatazione dei capillari. Furchgott provò a togliere l’endotelio, e vide che la vasodilatazione non si verificava più. Ne dedusse che nell’endotelio doveva trovarsi un fattore che permette all’istamina di agire.
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Abbiamo iniziato il viaggio tra le macchine invisibili delle nostre case partendo dall’energia, e al problema dell’energia ritorniamo con le pagine conclusive. L’elettricità che arriva alle prese domestiche non è una fonte primaria. Deriva da altre fonti, e la principale è costituita da combustibili fossili. Una fonte che non si rinnova. L’esaurimento del petrolio e del metano ormai è all’orizzonte. Se un giorno non avessimo più a portata di mano quei 3-5 kilowatt di potenza elettrica, se i nostri schiavi energetici e tecnologici all’improvviso scendessero in sciopero, è facile immaginare quale colpo subirebbe la qualità della nostra vita.
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Quando elettroni e buche si ricombinano, abbiamo l’emissione di fotoni, cioè di luce, attraverso l’anodo e il substrato trasparenti. Regolando l’energia dei fotoni si ottiene luce di vari colori, oppure luce bianca miscelando rosso, verde e blu. La tensione elettrica applicata all’OLED regola la luminosità.
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Molte le abbiamo incontrate nelle pagine precedenti, e sappiamo già che, in pratica, direttamente o indirettamente, tutte queste macchine funzionano bruciando combustibili fossili: petrolio, metano, carbone.
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Poco dopo protoni e neutroni si uniscono per formare i nuclei di alcuni atomi molto semplici: all'inizio abbiamo soltanto idrogeno con il suo isotopo deuterio, elio e un pizzico di litio. I nuclei raffreddandosi, 400 mila anni dopo il Big Bang, cattureranno gli elettroni. I fotoni ora sono liberi di viaggiare, e il cosmo si illumina. Con questi pochi ingredienti inizia la storia dell'universo che ancora oggi possiamo osservare, perché idrogeno, deuterio ed elio danno luogo alle prime stelle, e le stelle si aggregano in galassie.
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Ed ecco che abbiamo l'elettricità e l'elettromagnetismo: in questo pizzico di filologia c'è il seme del mondo moderno.
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È sempre troppo poco: sulla Terra abbiamo dei fossili che denunciano dall'età di centinaia di milioni di anni. Quale fenomeno può assicurare una resa energetica così alta a fronte di un consumo così piccolo di materia?
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In media abbiamo due televisori per nucleo familiare e il loro tempo di accensione è cresciuto del 14 per cento dal 1995 ad oggi. Forse è questo l’inquinamento più grave: energia spesa per spegnere intelligenza.
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Abbiamo in casa cinquanta schiavi al nostro servizio, giorno e notte, festività incluse. Sono docili, silenziosi, hanno una salute di ferro. Il costo di mantenimento è minimo: pochi centesimi di euro al giorno ciascuno. Grazie a loro anche il più modesto dei signori Rossi vive in un ambiente da nababbo. Saranno soltanto tre camere e servizi, ma sono accoglienti come una reggia: calde quando fuori fa freddo, fresche quando fuori fa caldo, ben illuminate al calare del buio, collegate in ogni istante al resto del mondo, con una scorta di cibo sempre disponibile, acqua che sgorga fresca per bere e tiepida per fare la doccia, musica classica o pop eseguita dagli artisti preferiti. Una tana perfetta per l’Homo sapiens del terzo millennio.
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E con ciò abbiamo anche risposto alla domanda che spesso pongono i professori di fisica ai loro studenti: se lasciamo aperta la porta di un frigorifero in funzione, la stanza si rinfresca, rimane a temperatura costante o si riscalda? Dato che per la seconda legge della termodinamica nessun processo con resa al 100 per cento è possibile, la stanza si riscalderà.
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Abbiamo piuttosto a che fare con schiume come quella del cappuccino, emulsioni come la maionese, gelatine, creme. E per studiare tali stati della “materia soffice” nel 1992 de Gennes mise insieme un agguerrito gruppo di chimici, biologi, fisici e cuochi.
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Faraday ci riesce nel 1823 con il metodo classico dell’alternanza compressione-espansione che abbiamo visto applicato nei frigoriferi. Mezzo secolo dopo Louis-Paul Cailletet (1832-1913) e Raoul-Pierre Pictet (1846-1929) liquefanno prima l’ossigeno raggiungendo i 183 gradi sotto zero e poi, nel 1872, l’azoto, a -196 °C. Ma per avere azoto liquido in abbondanza bisogna aspettare ancora trent’anni. Soltanto nel 1902 Carl von Linde ne mette a punto la produzione a partire dall’aria liquefatta, che dopo molti tentativi aveva ottenuto nel 1895.
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Nel sangue ne abbiamo costantemente in circolo una decina di grammi e altri cinque grammi si trovano nei liquidi extracellulari. Ogni grammo di zucchero fornisce 4 calorie. Altrettante ne dà un grammo di proteine, mentre un grammo di grasso ne procura 9. Metà dell’energia che il glucosio libera serve a far funzionare il cervello (o almeno dovrebbe servire a questo scopo). Gli zuccheri in eccesso si accumulano sotto forma di glicogeno. Ne abbiamo una scorta di 350 grammi, sufficienti a farci sopravvivere per un giorno. Ulteriori eccedenze di zuccheri si trasformano in grassi: la riserva normale che ci portiamo addosso è sufficiente ad assicurare un mese di sopravvivenza.
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Altri paradossi: il sale è indispensabile alla vita ma un suo eccesso la mette a rischio; un tempo era prezioso, oggi lo gettiamo a tonnellate sulle strade per prevenire il ghiaccio; è un composto semplice, ma relativamente da poco tempo ne abbiamo compreso il ruolo insostituibile per le nostre cellule.
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Nel nostro corpo abbiamo 110 grammi di sale, livello che dobbiamo mantenere compensando con sale assunto nei cibi quello che va perduto con il sudore. I maratoneti possono arrivare al collasso per una perdita eccessiva di sale.
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Abbiamo buoni motivi per essere grati al sale, anche se per i buongustai basterebbero salumi, salmoni e caviale. O, più modestamente merluzzi, aringhe e acciughe.
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La struttura chimica della piperina fa sì che essa si leghi a una proteina dei recettori delle sensazioni dolorose che abbiamo in bocca ma anche su altre parti del corpo: la proteina cambia forma e trasmette al cervello un segnale di allarme.
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Accademia della crusca
