COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
OVVERO
PARLANDO E RIPARLANDO DI SCIENZA
SEGRETI MOLECOLARI DAL FONDO DEGLI OCEANI
di Chris Bowler
9
UN MARE DI MUSICA
di Enrico Careri
11
SUL FONDO DEGLI OCEANI
di Vincenzo Morra
13
GLI OSSERVATORI DEL MARE
di Adriana Zingone
15
LA BIODIVERSITÀ INVISIBILE
di Marina Montresor
17
Gli oceani coprono più dei due terzi della superficie della Terra e
la vita planctonica è fondamentale per la salute del pianeta.
Per capire questa vita sconosciuta e come è influenzata dal
clima dobbiamo svelare i suoi segreti molecolari.
Gli articoli degli incontri si trovano al sito
www.comeallacorte.unina.it
Chris Bowler
Chris Bowler ha 45 anni, nel 1986 si è laureato in Microbiologia e
Tecnologia microbiologica presso l’Università di Warwick, Regno
Unito.
Nel 1990 ha conseguito il Dottorato in ‘Laboratorium genetika’
presso l’Università di Gent, Belgio, con il prof. Mark Van Montagu.
Tra il 1991 e il 1994 è stato post-doc presso il Laboratorio di Biologia
molecolare delle piante presso l’Università ‘Rockfeller’ di New York,
USA.
Tra il 1994 e il 2002 è stato Direttore del Laboratorio di Biologia
molecolare delle piante presso la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli.
Dal 2002 è Direttore di Ricerca del CNRS presso l’Ecole Normale Supérieure (IBENS) di Parigi.
Tra il 2005 e il 2009 è stato Direttore del Dipartimento di Biologia delle piante presso l’Ecole Normale
Supérieure (IBENS) di Parigi.
Dal 2010 è Direttore del Dipartimento di Genomica ambientale ed evolutiva presso l’Ecole Normale
Supérieure (IBENS) di Parigi.
Membro dell’EMBO (European Molecular Biology Organization) dal 1995.
Medaglia d’argento 2010 del CNRS.
Chris Bowler è un esperto di Biologia delle piante e delle Diatomee. I suoi interessi scientifici si sono
concentrati sui meccanismi molecolari che controllano la risposta a segnali ambientali, quali luce e
nutrienti.
Gli organismi modello utilizzati nelle sue ricerche sono Lycopersicum esculentum (pomodoro), Arabidopsis
thaliana e la diatomea Phaeodactylum. In particolare sulle diatomee ha svolto un ruolo fondamentale nel
sequenziamento del genoma di diverse specie e nella comprensione di varie funzioni geniche. Con
l’approccio della genomica funzionale ha rivelato la risposta cellulare delle diatomee a vari nutrienti come
ferro e azoto. Egli è uno dei coordinatori scientifici della spedizione Tara Oceans, progetto di ricerca che
vedrà la goletta Tara solcare i mari del mondo per tre anni per indagare sullo stato della vita
microscopica negli oceani usando tecniche di imaging e di genomica.
È autore di oltre 120 pubblicazioni in prestigiose riviste internazionali.
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Segreti molecolari dal fondo degli oceani
SEGRETI MOLECOLARI
DAL FONDO DEGLI OCEANI
uno dei più importanti organismi microscopici
Chris Bowler
la
degli ecosistemi marini, le diatomee. Attraverso
fotosintesi
questi
organismi
unicellulari
producono circa il 20% dell’ossigeno disponibile
Direttore di Genomica ambientale ed evolutiva
École Normale Supérieure - Paris
nella biosfera e si sono evoluti in moltissime
specie
diverse,
ciascuna
caratterizzata
dalla
forma del loro rivestimento esterno, una “scatola
di vetro” organizzata in una struttura finissima
che sembra un ricamo di dentelli che esse
Gli oceani coprono più dei due terzi della
riescono a creare in pochi minuti.
Negli ultimi dieci anni nei laboratori di
superficie della Terra e la vita planctonica è
fondamentale
per
la
salute
del
pianeta.
Il
plancton rappresenta il 98% della biomassa
negli oceani e produce una quantità di ossigeno
equivalente a quella prodotta da tutte le foreste
della terra. Gli organismi planctonici fotosintetici
sono alla base di quasi tutte le reti trofiche
marine e costituiscono il ”pozzo” principale per la
cattura di CO2. Per capire il funzionamento di
questa
vita
microscopica
e
come
essa
sia
influenzata dal clima dobbiamo svelare i suoi
segreti molecolari.
Studiare l’oceano è difficile
perché servono mezzi tecnici specifici e scienziati
che
devono
lavorare
in
situazioni
spesso
estreme. Inoltre esiste anche un problema di
Parigi e altrove le diatomee sono state decifrate
attraverso il sequenziamento dei loro genomi. È
stato dimostrato che esse sono diverse sia dalle
piante che dagli animali a noi noti. Potrebbero
essere definite come “piantimali”! Infatti, lungo
la loro storia evolutiva, durata un miliardo di
anni, le diatomee hanno catturato e conservato
geni sia di origine vegetale sia di origine animale
e, anche, qualcuno da batteri per adattarsi
meglio
ambientali
scientifici
capacità
anche
estreme.
hanno
delle
Importanti
mostrato
diatomee
a
la
ad
condizioni
risultati
straordinaria
adattarsi
alla
Una volta decifrati i segreti molecolari
delle diatomee, bisogna tornare a mare per
ruolo
capire se tutto quello che si è scoperto in
dell’oceano nel funzionamento del sistema Terra
laboratorio ha un senso negli ambienti naturali.
dobbiamo necessariamente tener conto di questi
Per questo motivo nel 2009 é stato varato un
diversi ordini di grandezza. Una soluzione per
nuovo progetto anche con la collaborazione del
poter lavorare su scala molecolare è quella di
laboratorio che dirigo. Il progetto Tara Oceans.
scegliere
marini
Progetto che si propone, in un viaggio di tre anni
rappresentativi, riuscire ad allevarli e utilizzarli
sulla goletta Tara, di studiare le diatomee (e altri
come animali di laboratorio. Uno dei primi
microorganismi marini) nel loro habitat naturale,
traguardi
gli oceani. Forse dopo conosceremo qualcosa di
Quindi
alcuni
degli
fondamentale,
concorrenti
è
microscopico.
se
loro
disponibilità di nutrienti e di luce.
dimensione. Mentre gli oceani sono enormi, il
plancton,
dei
per
capire
organismi
scienziati
è
stato
il
quello
di
mettere a punto tale sistema sperimentale per
più.
Centro di Ateneo per la Comunicazione e l’Innovazione Organizzativa
Università degli Studi di Napoli Federico II
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Segreti molecolari dal fondo degli oceani
Centro di Ateneo per la Comunicazione e l’Innovazione Organizzativa
Università degli Studi di Napoli Federico II
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Segreti molecolari dal fondo degli oceani
UN MARE DI MUSICA
(1919)
di
E.
A.
Mario.
Musiche
dunque
diversissime, composte in periodi diversi, per un
Enrico Careri
pubblico diverso, in stili diversi, con riferimenti
Professore di Musicologia
Università degli Studi di Napoli Federico II
diversi al mare, dalle complesse suggestioni
sonore delle trois esquisses symphoniques pour
orchestre di Debussy alla musica da spiaggia di
Mina
e
Gino
percorso
Il mare ha sempre ispirato gli artisti, i
poeti, i musicisti, sia nelle forme alte della
tradizione colta che in quelle più popolari e di
consumo. Così, per limitare il discorso alla
musica,
da
una
parte
La
mer,
raffinata
composizione orchestrale composta da Debussy
nel 1905, dall’altra Sapore di sale di Gino Paoli,
del 1971, la prima nota ad un pubblico molto
circoscritto, l’altra cantata da tutti in ogni angolo
della penisola. Possiamo divertirci a ricordare
musiche ispirate al mare, alle onde, all’acqua, e
sarà un passatempo lungo perché l’uomo ama il
mare e ne ha paura (il mare è amaro e il
marinaro
muore
in
mare,
si
legge
nei
Malavoglia), quindi ne parla, lo rappresenta, lo
mette nei suoni, o almeno nei titoli, a suggerire
che quella cosa strana (che non si può prendere,
come
la
musica),
enorme
e
profonda,
soprattutto bella, ha dato origine a quei suoni, a
Paoli.
comune
Impossibile
in
una
cercare
produzione
un
tanto
diversa, ma soprattutto improprio sul piano
storico-stilistico, come per tutti i grandi temi che
da sempre affascinano l’uomo. Per questo invece
di cercare il mare nella musica preferisco cercare
la musica nel mare, perché l’acqua e le onde
producono musica, forse la più bella che esiste.
Ascoltare il mare, le onde che si rifrangono sulla
battigia o si rompono sugli scogli al ritmo deciso
dal vento, mai esattamente lo stesso, in una
sorta di costante e piacevole rubato, sentire
insieme l’ordine e il caos che la natura riesce a
generare,
il
suo
ritmo
disordinato
ma
pur
sempre percepibile, è un’esperienza estetica che
nulla ha da invidiare ad un concerto sinfonico. Le
onde del mare come quelle sonore producono
ritmo, riempiono di senso il tempo di chi le
ascolta, proprio come fa la musica, e appena si
placano ne rimane solo un vago ricordo, che via
via si perde del tutto.
quei colori. Oltre a Debussy e a Gino Paoli mi
Anche la musica, come il mare, ha una
vengono subito in mente La tempesta di mare di
superficie che si coglie facilmente e uno strato
Vivaldi (1725), la altrettanto celebre Water
profondo più difficile e misterioso. I musicologi
Music (1717) di Händel, Jeux d’eau (1901) di
cercano di scoprire cosa si nasconda sotto la sua
Ravel, e sul versante opposto Créuza de mä
superficie, analizzano i meccanismi e le strategie
(1984) di De Andrè, La mer (1943) di Trenet,
della
Acqua azzurra, acqua chiara (1969) di Battisti,
metodologie di analisi e aiutati dalla storia, dai
Stessa spiaggia stesso mare (1963) di Mina,
documenti d’archivio, dalle fonti iconografiche,
oltre naturalmente a tante splendide canzoni
da
napoletane, una tra tutte Santa Lucia luntana
comprensione, riescono infine a farsi un’idea
composizione
quanto
può
Centro di Ateneo per la Comunicazione e l’Innovazione Organizzativa
Università degli Studi di Napoli Federico II
attraverso
essere
utile
sofisticate
alla
sua
11
COME ALLA CORTE DI FEDERICO II
Segreti molecolari dal fondo degli oceani
dell’opera, a capire come funziona, e ricostrui-
partenza, speranza, lontananza, e il viaggio è un
scono allo stesso modo gli stili di un’epoca, di un
tema molto presente nelle arti di tradizione colta
compositore, di un genere musicale. Poi per
e soprattutto orale, offre mille spunti perché
fortuna non vanno oltre, al fondo non arrivano
suscita emozioni diverse, il desiderio di una vita
mai, anche se i più ingenui e presuntuosi
migliore e insieme la paura di abbandonare la
credono di arrivarci. L’arte è un mistero, ne
propria terra (“Partono ‘e bastimente pe’ terre
conosciamo
le
assaje luntane”), sebbene prevalga tra esse la
ragioni profonde dei suoi effetti, e naturalmente
malinconia. Il viaggio è anche ritorno a casa, con
tante altre cose, e così il Requiem di Mozart
i sentimenti diversi che esso comporta, perché
continua ad essere ad ogni ascolto un miracolo
luntano ‘a Napule nun se po’ stà, ma il luogo
che ci riempie di gioia, ci emoziona, ci fa
d’origine viene quasi sempre idealizzato e poi si
rabbrividire, ci fa sentire vivi, proprio come il
rivela per quello che è, un luogo talvolta
mare. Saperne di più accresce l’entusiasmo,
addirittura estraneo, come canta De Andrè nella
aumenta le emozioni, per questo studiamo la
bellissima Créuza de mä, che racconta il ritorno
musica e la spieghiamo ai nostri studenti, non
a casa dei marinai e il loro sentirsi ovunque
solo perché ha contribuito a formare la nostra
ombre: “Umbre de muri muri de mainé / dunde
cultura e la nostra storia. Ma saperne di più non
ne vegnì duve l’è ch’ané” (“Ombre di facce,
indebolisce
facce di marinai / da dove venite, dov’è che
i
il
meccanismi
suo
ma
mistero,
ignoriamo
proprio
come
l’impresa di Armstrong non ha diminuito il
andate”).
mistero della luna. Mare significa anche viaggio,
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Università degli Studi di Napoli Federico II
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Segreti molecolari dal fondo degli oceani
SUL FONDO DEGLI OCEANI
dell'espansione dei fondali nel concetto globale
di Tettonica delle placche.
Vincenzo Morra
Le dorsali oceaniche con i loro circa
Professore di Petrologia e petrografia
Università degli Studi di Napoli Federico II
60.000 km di estensione sono i luoghi in cui si
ha produzione di magmi basaltici a formare
nuova
crosta
oceanica.
Anche
in
questo
momento ci sono eruzioni di magmi sottomarini.
Ma in alcuni punti del globo le dorsali possono
Già
nel
1620
Bacon
scrisse
sulla
affiorare dalle profondità come in Islanda.
Le creste delle dorsali sottomarine sono
sorprendente conformità dei margini continentali
dei
due
lati
dell’Oceano
Atlantico.
Snider-
Pellegrini nel 1858 lanciò l’ipotesi che l’Europa e
le Americhe fossero parte di un unico continente.
Nel
1885
il
geologo
Suess
suggerì
che
i
continenti dell’emisfero Sud dovevano essere
sede di attività idrotermale, da cui fuoriescono
fluidi ad altissima temperatura ricchi di soluzioni
fortemente saline. Questi fluidi depositano, fra
l’altro,
Wegener
nel
1915
deriva
dei
continenti.
della
presentò
Le
osservazioni e le prove misero in difficoltà le
teorie immobiliste che imperversavano nella
comunità
scientifica.
sgretolamento
di
una
Iniziò
teoria
un
ed
lento
iniziò
una
rivoluzione nell’ambito delle Scienze della Terra
portò
ad
un
salto
di
paradigma
permettono
lo
Successivamente altri scienziati (Wadati,
Benioff) considerarono la deriva dei continenti.
Ma solo nel 1962 con Hess si consolidò la teoria
dell'espansione dei fondali oceanici che fu poi
confermata
dall’intuizione
dei
due
giovani
geofisici inglesi Vine e Matthews che nel 1963
svilupparono una teoria per spiegare le anomalie
magnetiche presenti nella crosta oceanica.
deriva
dei
continenti
questo
“pianeta”.
Gli
oceani
ancora
oggi
rappresentano una sfida per la scienza. Si cerca
di
capire
quali
siano
le
reali
potenzialità
strategiche di questo mondo sconosciuto che
conserva segreti ancora inesplorati. Riserve di
materie prime dal valore inestimabile attendono
ancora di essere scoperte. Ma nell’immaginario
e
manganese. Sono noduli rotondeggianti di colore
nero con diametri da millimetri a decimetri. Sono
noduli polimetallici dalle strutture complesse e
costituite principalmente da Ferro e Manganese.
Altri ossidi presenti sono SiO2, MgO, CaO, Al2O3.
I minerali tipici sono la Todorokite, la Birnessite,
la Manganite, la Rancieite. Questi noduli hanno
una grande importanza strategica non tanto per
le elevate concentrazioni di Manganese, ma
Nel 1965 il geologo Wilson integrò le
della
oceani ed è quindi forte la necessità di scoprire
collettivo si materializzano i cosiddetti noduli di
nell’accezione del filosofo T. S. Kuhn.
idee
che
Il 70% del nostro pianeta è coperto dagli
Alfred
che
metallici
sviluppo di alcune semplici forme di vita marina.
stati uniti.
l’ipotesi
solfuri
quelle
soprattutto
per
le
concentrazioni
di
metalli
pesanti più pregiati quali Cobalto, Nichel, Rame,
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Università degli Studi di Napoli Federico II
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Segreti molecolari dal fondo degli oceani
Zinco e Piombo. Altri minerali che si ritrovano
sottrarsi
nei fondali oceanici sono solfati di Zinco e Rame
indispensabile per la vita sul Pianeta, deve
e solfuri di Zinco, Rame e Ferro. Il “pianeta
essere trattata con il massimo rispetto. La
mare” rappresenta la sfida che ci attende per il
terribile tragedia del Golfo del Messico rappre-
futuro, ma come sempre la comunità scientifica
senta un monito per tutti noi.
dall’affermare
che
questa
risorsa,
nel dare il suo contributo di conoscenze non può
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GLI OSSERVATORI DEL MARE
Adriana Zingone
Ricercatore Senior
Stazione Zoologica Anton Dohrn - Napoli
Gli effetti dei cambiamenti climatici sugli
ecosistemi terrestri sono sotto i nostri occhi:
siccità, inondazioni, periodi brevi di riscaldamento intenso ('ondate di calore'), e scioglimento dei ghiacciai si traducono in una serie di
effetti che sono immediatamente percepiti da
tutti
e
analizzati
dagli
studiosi.
Gli
alberi
fioriscono in anticipo, i raccolti sono distrutti o
inferiori alle aspettative, gli animali migratori
cambiano
il
loro
comportamento.
Ma
cosa
marino in scenari climatici futuri, per meglio
succede negli oceani e nei mari? Di quell’enorme
programmare
massa d’acqua percepiamo appena la superficie,
adattamento che permettano la nostra vita sulla
che
o
terra, ha evidenziato con nuova forza quanto
forte,
poco sappiamo del pianeta azzurro e delle sue
variazioni
variazioni nel tempo. Assumono una particolare
graduali, come quella dell’acidificazione, ma in
importanza in quest’ambito le ricerche effettuate
alcuni
che
in punti fissi del mare a cadenza regolare e da
la
molti anni. La rete di boe ARGO, ad esempio
profondità dello strato che viene rimescolato dal
trasmette in tempo reale dati di temperatura e
vento, nonché le diversissime forme di vita che
salinità dei 2.000 m superiori dell’oceano da
vivono
3.000
muta
s’imbianca
continuamente,
brilla
sotto
del
racchiudendo
in
casi
riguardano
nei
l’azione
sé
il
segreto
improvvise
la
direzione
suoi
abissi.
e
al
sole
vento
di
drastiche,
delle
Eppure
correnti,
la
nostra
punti
azioni
sparsi
nel
mitigazione
e
di
mondo. Più difficile
sopravvivenza sulla terra dipende strettamente
monitorare
dal mare, che è fonte di cibo, polmone inverso,
informazioni che i satelliti ci restituiscono sul
che assorbe la CO2 dall’atmosfera e libera
colore
l’ossigeno, e in definitiva regolatore del clima
fitoplancton, permettono di ricostruire i cicli
stesso. La necessità di prevedere come potrà
stagionali e gli andamenti nel tempo della
essere alterato il funzionamento dell’ecosistema
biomassa
del
la
di
componente
mare,
vegetale,
Centro di Ateneo per la Comunicazione e l’Innovazione Organizzativa
Università degli Studi di Napoli Federico II
indice
ma
biologica:
della
non
quantità
della
le
di
sua
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Segreti molecolari dal fondo degli oceani
biodiversità. Ma sono proprio variazioni nelle
siti, molti di meno in mare che sulla terra, sono
specie che possono avere conseguenze più
collegati fra di loro nella rete internazionale LTER
drastiche: lo studio di una stazione a lungo
(Long Term Ecological Research).
termine localizzata nel Pacifico, HOTS, mostra
che il riscaldamento ha portato ad un aumento
di cianobatteri, un gruppo a metà strada fra le
microalghe e i batteri, che innescano una rete
trofica diversa rispetto a quella che sostiene la
pescosità attuale. Risultati del genere possono
essere ottenuti solo attraverso un monitoraggio
ecologico su siti fissi di ricerca, fondamentale
per registrare eventi eccezionali e cambiamenti
che avvengono su scale temporali lunghe. Questi
Nel Mediterraneo, gli studi ecologici a
lungo termine sul plancton si concentrano in
pochi siti, fra cui l’Alto Adriatico, il Mar Ligure e il
Golfo di Napoli. Qui a due miglia dalla costa della
città è localizzata la stazione LTER-MareChiara
(LTER-MC) dove da circa trent’anni i ricercatori
della Stazione Zoologica Anton Dohrn studiano il
plancton e la sua evoluzione nelle stagioni e
negli anni.
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LA BIODIVERSITÀ INVISIBILE
loro morfologia con tecniche molecolari hanno
dimostrato
Marina Montresor
planctonica
Ricercatore Senior
Stazione Zoologica Anton Dohrn - Napoli
che
le
sono
stime
della
largamente
biodiversità
sottostimate.
L’applicazione di approcci metagenomici, basati
sul sequenziamento di DNA estratto da campioni
di
acqua
di
mare
prelevati
dall’ambiente
naturale, ha ulteriormente ampliato gli orizzonti
della diversità, mostrando che negli oceani vi
sono milioni di genotipi diversi in attesa di
Forse non tutti sanno che ogni due
essere scoperti, identificati e studiati.
molecole di ossigeno che respiriamo, una è
prodotta
dai
fitoplancton
microscopici
–
che
organismi
vivono
nella
–
porzione
superficiale degli oceani dove giunge la luce.
Queste
alghe
invisibili
ad
occhio
nudo
rappresentano l’1% della biomassa vegetale del
nostro pianeta, ma sono responsabili di quasi il
45%
della
costituendo
produzione
la
base
di
primaria
una
globale
rete
trofica
estremamente dinamica e complessa che include
virus,
batteri,
microconsumatori
uni-
Ma perché siamo interessati a conoscere
il
e
multicellulari (lo zooplancton), larve di pesci,
la biodiversità e la biologia di questi microscopici
organismi? Innanzitutto per comprendere la loro
storia evolutiva, i meccanismi che ne hanno
determinato la diversificazione, la fisiologia, gli
adattamenti
alla
vita
planctonica.
La
comprensione del funzionamento dell’ecosistema
oceano,
inoltre,
non
può
prescindere
dalla
conoscenza degli organismi che lo compongono
e delle interazioni che intercorrono fra essi e
l’ambiente. Organismi diversi hanno caratteristiche e funzioni diverse, ma queste sono in gran
etc.
parte ignote alla scienza. Alcune microalghe
Gli organismi fitoplanctonici includono sia
procarioti, evolutisi ca. 2,5 miliardi di anni fa e
responsabili
della
produzione
di
ossigeno
nell’atmosfera terrestre, che eucarioti che si
sono
evoluti
endosimbiosi,
in
seguito
processo
a
vari
grazie
al
eventi
di
quale
un
organismo eterotrofo ha inglobato un autotrofo
‘convertendolo’ in un cloroplasto.
producono
tossine
che
possono
essere
trasmesse all’uomo attraverso il consumo di
pesci e molluschi, altre producono sostanze
dannose per altri organismi acquatici, inclusi
quelli di interesse per l’acquacoltura. Alcune
microalghe sono strettamente autotrofe, altre
conservano caratteristiche ‘animali’ e sono in
grado di predare altri organismi unicellulari
La diversità degli organismi del fito-
rivestendo un doppio ruolo di produttori e
plancton (ca. 5.000 specie) è apparentemente
consumatori. Alcune microalghe sono in grado di
limitata a paragone della diversità di specie
produrre sostanze che inibiscono la crescita di
vegetali terrestri (ca. 300.000). Tuttavia, studi
altre microalghe o la riproduzione di organismi
condotti nelle ultime decadi accoppiando la
zooplanctonici. Queste e molte altre sostanze
coltivazione di questi organismi e lo studio della
chimiche prodotte dalle microalghe hanno una
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Segreti molecolari dal fondo degli oceani
funzione ancora in gran parte sconosciuta nella
di notevole interesse per applicazioni biotecno-
fisiologia e nella regolazione delle interazioni
logiche e biomediche.
biologiche fra gli organismi, ma possono essere
Centro di Ateneo per la Comunicazione e l’Innovazione Organizzativa
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