Detecció de l’espín d’un sol protó per magnetometria de diamant

Fa uns dies parlàvem de com les tècniques de microscopia de fluorescència de molt alta resolució arribaven a poder fer un seguiment in vivo de molècules concretes. Millorar la resolució especial i dur-la a l’escala atòmica ha estat també una aspiració dels qui treballen en una altra tècnica d’imatge, la basada en la resonància magnètica. En un report a la revista Science, el grup de recerca de Christian L. Degen, professor en el Laboratori de Física de l’Estat Sòlid, de l’ETH de Zuric, ens expliquen un mètode amb el qual han arribat a detectar l’espín d’un únic protó.

El magnetòmetre de diamant emprat pel Departament de Física de l’ETH Zuric

La detecció de l’espín d’un protó

M. Loretz, T. Rosskopf i J. M. Boss són membres del grup de recerca de C. L. Degen. També signen el report S. Pezzagna i J. Meijer, de l’Institut de Física Experimental de la Universitat de Leipzig. El magnetòmetre emprat és a l’ETH Zuric. Consta d’un xip de diamant, recobert per una sal inorgànica. Amb aquest aparell han arribat a mesurar l’espín de protons (H+) individuals. Els canvis en el sensor de diamant eren seguits pels investigadors a través d’un microscopi òptic de fluorescència.

En el centre del diamant hi ha unes impureses, consistent en la manca de dos àtoms de carboni en la xarxa cristal·lina del diamant (que, recordem-ho, és un dels al·lòtrops del carboni elemental). Una de les dues posicions és ocupada per un àtom de nitrogen, per la qual cosa aquesta impuresa rep el nom de “vacant de nitrogen” (nitrogen-vacancy, NV en l’acrònim anglès). La NV és detectable per la seva fluorescència i pel seu magnetisme. En la preparació del diamant artificial, d’un 2×2 mil·límetres, els investigadors treballaren en condicions que fan que hi hagi centres NV a tan sols un pocs nanòmetres de la superfície.

En els centres NV hi ha espai suficient per a diversos protons. A través de propietats de mecànica quàntica, però, els investigadors poden diferenciar entre l’acció magnètic d’un protó de la de diversos protons. Alhora, poden identificar la posició relativa del protó respecte del centre NV, amb una resolució de 0,1 nm.

Les perspectives de la resonància magnètica de molt alta resolució

La resolució actual dels aparells d’imatge per resonància magnètica, com els que s’utilitzen en la pràctica clínica, és de l’ordre de 100 micres, és a dir comparable amb l’agudesa visual humana. D’altres tècniques arriben a l’escala microscòpica, però l’aspiració darrera és arribar a l’escala atòmica. L’objectiu d’arribar-hi el mapatge directe de les posicions individuals dels àtoms d’una molécula.

Parlaríem, doncs, de nano-MRI. De fet, la intenció de Degen és construir un dispositiu de nano-MRI. Si reïxen, hom podrà determinar l’estructura tridimensional de molècules. Tenen en ment, en particular, les aplicacions en bioquímica de proteïnes. Les tècniques clàssiques es basen en l’estudi dels patrons de difracció de cristalls de proteïnes purificades, però no són sempre aplicables.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

L’impacte de ranavirosis en poblacions d’amfibis al Parc dels Pics d’Europa

Des de fa nou anys, arran d’una mortalitat massiva d’amfibis en una bassa experimental del Parc Nacional dels Picos de Europa, atribuïda a una infecció de ranavirus, s’hi ha fet un seguiment continuat. Un report publicat a Current Biology fa balanç de la situació. Price et al. expliquen que han trobat tres tipus de ranavirus en les poblacions d’amfibis del parc, dels quals dos són al darrera de mortandats massives, que han contribuït a la reducció de múltiples poblacions.

Collapse of Amphibian Communities Due to an Introduced Ranavirus. Stephen J. Price, Trenton W.J. Garner, Richard A. Nichols, François Balloux, César Ayres, Amparo Mora-Cabello de Alba, Jaime Bosch

Els ranavirus als Pics d’Europa

Els ranavirus són un grup d’iridovírids. Són considerats uns patògens emergents. Encara que poden produir infeccions patològiques en peixos i en rèptils, l’impacte ecològic es troba sobretot en la infecció letal que provoquen en amfibis. Epizooties de ranavirus s’han descrit recentment en nombroses regions d’Amèrica, Euràsia i Austràlia. L’impacte d’aquestes epizooties en les poblacions d’amfibis és controvertit, ja que moltes poblacions ja es troben en declivi degut a tota una sèrie de factors. Hom no sap si és el declivi poblacional el que estimula les infeccions, o a l’inrevés. Les dades de Price et al. ofereixen, però, unes dades clares sobre el vincle entre aquestes infeccions i la reducció de les poblacions de diverses espècies d’amfibis dels Pics d’Europa.

Són sis les espècies d’amfibis més comunes d’aquestes localitats: Bufo bufo, Alytes obstetricans, Rana temporaria, Mesotitron alpestris, Limnotitron helveticus i Salamandra. En totes elles hi ha hagut mortalitats massives, que han afectat larves, juvenils i adults. Els símptomes (lesions cutàniques ulcerants, hemorràgies internes, necrosis d’extermitats) i, en ocasions anàlisis virològiques, han atribuït algunes d’aquestes mortandats a ranavirosis. Excepte en un parell de casos, els autors descarten el rol en aquestes mortandats de Batrachochytrium dendrobatidis, un fong que ha provocat mortandats d’amfibis en altres indrets de la Península Ibèrica. Pel que fa al rol de la pol·lució, els autors la descarten atenent al bon estat del Parc en aquest sentit.

Per al diagnòstic de la ranavirosi, els autors han emprat PCRs de set regions genòmiques dels ranavirus. Els ranavirus implicats en les mortandants dels Pics d’Europa han estat sempre incluïbles en el CMTV (Common midwife toad virus) i en el BNV (Bosca’s newt virus, descrit pels autors en el decurs d’aquests estudis). També van detectar un tercer ranavirus, l’AAOV (Andaran Alytes obstetricans virus), que no han trobat associat a les mortandats.

El seguiment d’aquests anys, assenyala com les localitats del Parc afectades per ranavirosi letal són les que presenten reduccions significatives de la població d’amfibis, en alguns casos reduccions catastròfiques. La més castigada de les sis espècies és Alytes obstetricans, la població de la qual es manté, en canvi, en les localitats on no hi hagut brots de ranavirosi letal.

L’origen del virus

El període temporal analitzat (2007-2012) és potser insuficient per tindre prou resolució local i temporal sobre la relació entre les ranavirosis i el declivi de les poblacions d’amfibis. Els autors, però, utilitzen les dades genètiques sobre el virus per reconstruir-ne la història.

Creuen que el CMTV i el BNV són uns relatius nouvinguts en les poblacions d’amfibis del nord peninsular. Les dades les emmarquen en la bibliografia sobre brots epizoòtics similars d’arreu d’Europa, que fan comptar els ranavirus com un agent patològic emergent en les poblacions d’amfibis d’Europa.

El mateix declivi per altres causes de les poblacions d’amfibis pot haver contribuït a l’emergència d’aquestes ranavirosi. La incidència d’infeccions i de malalties tendeix a augmentar a mesura que es redueix l’abundància d’una espècie. En espècies abundants, els virus tendeixen a especialitzar-se i associar-se únicament amb una espècie. Però quan les espècies declinen, els virus que les infecten són seleccionats positivament si poden saltar la barrera interespecífica, i afectar altres poblacions. El CMTV registrats als Pics d’Europa tenen la capacitat de saltar aquestes barreres i en algunes localitats han afectat al llarg dels anys totes sis espècies d’amfibis. La realitat homogeneïtat d’aquests virus indica una introducció única, recent, i realitzada simultàniament en diverses localitats del parc, probablement induïda per a la mà de l’home a través de la introducció d’equipament o de bestiar. Caldrà veure si, com ha passat en localitzacions del Regne Unit, la pressió selectiva fa aparèixer genotips resistents en les poblacions d’amfibis. Però fins i tot en aquest cas, cal pensar que també els virus poden conquerir aquests nous genotips.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Regulació i oligopoli (Jean Tirole; Premi Nobel d’Economia)

El Premi Nobel d’Economia d’enguany ha estat concedit Jean Tirole, de Tolosa, “pel seu anàlisi del poder de mercat i de la regulació“.

Jean Tirole

Jean Tirole (*Troyes, Aube, 9.8.1953) va començar estudis a l’École Polytechnique (promotio X 1973) on es graduar com a enginyer general de ponts i camins. Es va doctorar en matemàtiques a la Universitat Paris-Dauphine (1978) i en economia al Massachusetts Institute of Technology (el seu director de tesi fou Eric Maskin). Les seves línies de recerca sobre l’economia industrial giren al voltant de l’aplicació de la teoria dels jocs i la teoria de la informació a aspectes de la regulació de l’activitat industrial.

El nom de Tirole s’ha fet conegut en els darrers anys, principalment per ésser, des del 1999, membre del Consell d’Anàlisi Econòmic. En el 2003, juntament amb Olivier Blanchard, proposà una taxació dels acomiadaments vinculada al finançament de l’assegurança d’atur. En aquell report també recomanaven un contracte de treball únic, bo i contemplant el factor d’antiguitat. Però són les seves aportacions sobre la crisi financera i el finançament de l’empresa industrial des del 2008 les que han estat més sentides.

Si Tirole ha rebut el Premi Nobel en solitari, és per la prematura desaparició, fa 10 anys, de Jean-Jacques Laffont, amb qui va realitzar bona part de les aportacions que ara han motivar el guardó, recollides a “A Theory of Incentives in Regulation and Procurement” (1993).

La teoria de l’organització industrial

El 1986 publicà Dynamic Models of Oligopoly i, el 1988, The Theory of Industrial Organization. Són moltes les indústries que, per la seva natura i/o per factors històrics, funcionen de manera mono- o oligopolista. La fixació de preus en aquests sectors s’aparta de la situació normal de mercat. Les poques companyies que controlen una elevada quota de mercat tendeixen a mantindre preus fins i tot encara que els costos de producció davallin (com a conseqüència de la innovació), bo i centrant la lluita entre elles en esforços de venda. Això quan no hi ha una col·lusió directa per repartir-se el pastís.

En l’esquema de l’economia política clàssica, els diferents actors del mercat, per la seva petitesa individual, no tenien “un poder de mercat” que fos notable. Però una companyia suficientment grossa sí el pot adquirir i, de fet, el seu èxit empresarial es compta per l’assoliment d’una quota.

Tirole, durant trenta anys, s’ha ocupat sobre quina ha d’ésser la política governamental en aquests sectors. Històricament, per fer-hi front, hom ha emès legislacions i institucions en pro de la “lliure competència”, contra els càrtels o les fusions/adquisicions empresarials, fixació de preus màxims, prohibició d’acords entre competidors, estímul de l’associació de proveïdors i clients “afectats” pels oligopolis, etc. Diferents veus de l’acadèmia (com l’Escola de Xicago) denunciaren, paradoxalment, aquestes mesures com una interferència en el funcionament del mercat. Tirole, des d’una altra perspectiva, forní models teòrics per avaluar aquestes polítiques en diferents sectors i situacions. Una mesura ben intencionada pot acabar afavorint la concentració del mercat i engreixar els beneficis d’aquestes empreses.

Tirole i Laffont estudiaren un ample ventall de sectors, però potser els més rellevants que tractaren foren el sector energètic (l’elèctric en particular) i les telecomunicacions. Més enllà de la indústria, també Tirole ha fet contribucions en el sector financer.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

La microscopia de fluorescència d’alta resolució (Betzig, Well, Moerner: Premi Nobel de Química)

La Reial Acadèmia de Ciència ha anunciat que el Premi Nobel de Química ha recaigut en Eric Betzig, Stefan W. Hell i William E. Moerner “pel desenvolupament de microscopia de fluoresència de sobreresolució“. És l’exemple d’una línia de recerca que hom no sabria ben bé en quina categoria “Nobel” situar-la. Lo més normal hauria estat donar-los el Premi Nobel de Física (pel rol de la física en el desplegament de les tècniques microscòpiques). Una altra opció seria donar-los el de Fisiologia o Medicina, per les aplicacions biològiques d’aquesta tècnica microscòpia. Hom els ha donat finalment el de Química degut a la rellevància d’aquesta tècnica en bioquímica. Com va passar dilluns, un dels guardonats amb el Nobel ho ha estat també enguany amb el Premi Kavli (Hell, en la categoria de nanociència).

Eric Betzig

Eric Betzig (*Ann Arbor, Michigan, 13.1.1960) es va graduar en física al California Institute of Technology (1983). Va fer el mestratge en física aplicada i d’enginyeria a la Universitat de Cornell (1985), on s’hi doctorà (1988). Ingressa després en el Departament de Recerca de Física de Semiconductors en els AT&T Bell Laboratories. En el 1996 s’incorporà a l’empresa familiar, Ann Arbor Machine Company, sota la direcció del seu pare, Robert Betzig, ocupant la vicepresidència de recerca i desenvolupament. Desenvolupà per a la companyia la tecnologia servohidràulica adaptativa flexible (FAST en el backònim anglès). El FAST no acabà de prendre comercialment, i Betzig tornà al seu interès de recerca sobre microscopia. Reeixí amb el desenvolupament de la microscopia de localització fotoactivada (PALM, en el backònim anglès). En el 2006 entrà en el Campus de Recerca de Janelia Farm, centre adscrit al Howard Hughes Medical Institute. El seu grup de recerca s’orienta a la tècniques de fluorescència de “super-resolució”.

Stefan W. Hell

Stefan W. Hell (*Arad, Banat, Romania, 23.1.1962) estudià física a la Universitat de Heidelberg. Interessat en la microscopia confocal, el seu director de tesi fou Siegfried Hunklinger. La tesi, titulada, “Imatgeria de microstructures transparents en un microscopi confocal”, fou defensada reeixidament el 1990. La millora de la resolució axial de la microscopia confocal esdevingué l’objecte de la seva recerca posterior en el European Molecular Biology Laboratory de Heidelberg (1991-1993), que conduí al desenvolupament de la microscopia 4Pi. Després d’una estada de sis mesos a Oxford, liderà un grup de recerca en el departament de Física Mèdica de la Universitat de Turku (1993-1996). S’habilità com a professor de física a Heidelberg el 1996. Fundà el Departament de Nanobiofotònica a l’Institut Max Planck de Química Biofísica. També és cap de la Divisió de Nanoscopia Òptica del Centre de Recerca del Càncer (DKFZ) de Heidelberg. Gràcies a les seves contribucions a la microscopia de depleció per emissió estimulada (STED) hom ha arribat a dur el poder de resolució de la microscopia fluorescència més enllà dels límits de la longitud d’ona.

W. E. Moerner

William Esco Moerner va nàixer a la base aèria de Parks, a Pleasanton, Califòrnia, el 24 de juny del 1953. Per diferenciar-se del seu pare i del seu avi patern, tots homònims, escriu el seu nom habitualment com a W. E. Moerner. Va estudiar a la Washington University, a St. Louis, on es va graduar en física, en enginyeria elèctrica i en matemàtiques (1975). Va fer el mestratge (1975-1978) i el doctorat (1978-1982) a la Cornell University, en el grup de recerca d’Albert J. Sievers III. La seva tesi tractava de la dinàmica de relació vibracional de làmines d’halurs alcalins excitades amb làsers d’infraroig. Fins i tot abans d’acabar la tesi, ja havia començat a treballar com a investigador en el Centre de Recerca de Almaden d’IBM, a San Jose (California), on seria promogut a cap de projecte el 1989. El curs del 1993-1994 fou professor visitant de química física al ETH de Zuric. El 1995 deixà el Centre de Recerca d’IBM per esdevindre professor de química física de la Universitat de Califòrnia a San Diego (1995-1998). El seu grup de recerca es traslladà a la Universitat de Stanford el 1998, on continua actualment dedicat a l’espectroscopia de molècules aïllades, la microscopia de gran resolució i nanofotònica.

La microscopia òptica de fluorescència de molt alta resolució

Ernst Abbe (1873) va formular la idea del “límit de difracció” per a la microscopia, segons la qual és impossible resoldre dos elements d’una estructura que siguin més a prop entre ells que la meitat de la longitud d’ona en el pla lateral. Així s’establia per a la microscopia òptica una espècie de “non plus ultra”, en el qual hom no havia d’esperar superar els 200 nm (0,2 micres) de poder de resolució. En aquella època, aquest límit semblava llunyà. Resolucions d’1 micra ja semblaven prou precises per reconèixer estructures cel·lulars en preparacions de teixits. Si de cas, el repte central era l’ús de metodologies de tinció o fixació que augmentessin el contrast sense introduir un excés d’artefactes. Però el desenvolupament de la histologia i de la citologia formulava continuadament noves preguntes i la recerca en formes d’augmentar el poder de resolució en fou estimulada. La microscopia d’ultraviolat era una via, car la llum ultraviolada té una longitud d’ona més petita que la llum visible. Però la microscopia electrònica (amb longitud d’ona encara menors), desenvolupada en el 1939, i aplicada a partir dels anys 1950, seria la que obriria les portes a la subestructura cel·lular. Ara bé, les preparacions en microscopia electrònica exigeixen processos de fixació que impedeixen la microscopia “in vivo”. Per això, cal recórrer a la microscopia òptica i a les seves derivacions.

La microscopia òptica clàssica empra únicament els principis de la reflexió i absorció de la llum. En la microscopia de fluorescència, hom empra, a més, dues altres propietats, la fluorescència i la fosforescència. Així com en la microscopia clàssica, hom empra tinció per poder distingir estructures que altrament serien “transparents”, també en la microscopia de fluorescència hom pot emprar substàncies fluorescents per marcar estructures. L’esquema bàsic del microscopia de fluorescència és:

La preparació rep una llum d’excitació (blava en l’esquema, però que també pot ser ultraviolada) i components fluorescents nadius o afegits emeten una llum menys energètica (verda en l’esquema, però que pot ser també d’altres colors)

Tot i que el límit d’Abbe de la microscopia de fluorescència va més enllà de la microscopia òptica d’absorció/reflexió, ens deixa igualment en l’ordre de dècimes de micra. Per al microscopi biològic això és suficient per a observar els orgànuls cel·lulars principals, però no per a observar complexos macromoleculars (com ara, els ribosomes, que no foren descrits fins a l’adveniment de la microscopia electrònica) i, ja no diguem, molècules individuals.

Ara com ara, tan sols dues tècniques de microscopia de fluorescència permeten assolir poders de resolució que van més enllà del límit d’Abbe. Les dues reben el nom de “super-resolutives”, per aquest motiu. Una es basa en la col·lectivitat estatística de fluoròfors, i l’altre en fluoròfors individuals.

La microscopia de fluoròfor col·lectiu super-resolutiva fou assolida amb els microscopis de depleció per emissió estimulada (STED). La depleció elimina la fluorescència de totes les molècules d’una mostra excepte les d’una petita regió. L’emissió estimulada permet reduir aquesta regió més enllà del límit d’Abbe. La microscopia d’il·luminació estructrural saturada (SSIM) supera el límit d’Abbe a través de la saturació de pics d’excitació. Tant en un cas com en l’altre és necessària una reconstrucció computeritzada a partir de les dades de fluorescència.

La microscopia de fluoròfor individual es basa en la idea que cada fotó emès pels fluoròfors d’una mostra procedeix al capdavall d’un fluoròfor concret. Cada fluoròfor individual es troba separat de la majoria dels altres fluoròfors de la preparació per una distància superior al límit d’Abbe. La posició respecte de la minoria de fluoròfors que són més a prop (i que, per tant, compartirien la mateixa “taca” en la microscopia de fluorescència convencional) pot ser calculada a partir de la majoria de fluoròfors.

Els guardonats amb el Nobel d’enguany participaren precisament en les bases teòriques i pràctiques d’aquestes dues tècniques. Stefan E. Hell & Jan Wichmann (1994) proposaren l’estratègia de l’emissió estimulada, que podia dur el poder de resolució a 35 nm (gairebé tocant els 30 nm d’un ribosoma). S. W. Hell & M. Kroug (1995) aprofundiren en aquesta estratègia de “depleció” de la fluorescència de la perifèria, i calcularen que podien assolir una resolució lateral de 15 nm. El primer microscopi STED, basat en aquesta tècnica, permetia efectivament analitzar en cèl·lules vives una regió de 90-110 nm de diàmetre (0,67 attolitres de volum), la qual cosa era 18 vegades més precisa que la microscopia confocal (Klar et al., 2000). En el microscopi STED hom irradia la mostra amb dos làsers, el segon dels quals serveix per “esgotar” el fluoròfors de la perifèria, deixant intactes els dels volum d’enfocament. En un principi, la capacitat de resolució de l’STED no tindria cap límit constitutiu (a l’estil del límit d’Abbe), sinó límits marcats per diverses consideracions de costos tècnics, d’idoneïtat de la tècnica amb el procés vital que volem observar (que pot veure’s afectat si hom empra un làser massa potent durant massa estona).

Mats G. L. Gustafsson probablement hauria rebut el Premi Nobel avui sinó s’hagués mort en el 2011 a causa d’un tumor cerebral. Gustafsson (2005) proposà la microscopia d’il·luminació estructurada (SSIM), amb la qual arribà a poder de resolució laterals inferiors a 50 nm

L’aproximació de fluoròfors individuals té precedents en les tècniques d’espectroscopia de correlació de fluorescències (FCS) i en la microscopia de fluorescència de reflexió interna total (TIRF). W. E. Moerner & L. Kador (1989) aconseguiren detectar òpticament molècules individuals de pentacè en un cristall de p-terfenil a temperatures de 4 K: cada molècula individual era observada d’acord amb l’absorció de fotons que feien amb motiu d’una transició. Eric Betzig & Robert J. Chichester (1993) observaren molècules individuals de carbocianina, arribant a determinar l’orientació de cada dipol molecular. Les aportacions teòriques de Betzig (1995) i l’obtenció de fluoròfors amb la propietat de suportar diversos cicles d’emissió fluorescent (Dickson et al., 1997) obrí la possibilitat d’aplicar aquestes tècniques a qüestions obertes de la biologia molecular. Betzig et al. (2006) empraren la microscopia de localització activada (PALM) en 1) detectar la posició de la vinculina en adhesions focals, 2) detectar la posició de l’actina en un lamel·lipodi, 3) descriure la distribució de la proteïna retroviral Gag en la membrana plasmàtica d’una cèl·lula infectada. Hom ja no es limitava a la subestructura que evidencia la microscopia electrònica, sinó que començava a acaronar la infrastructura molecular de la cèl·lula i, a més, d’una cèl·lula viva.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

Els LEDs blaus (Akasaki, Amano, Nakamura: Premi Nobel de Física, 2014)

La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Física a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano i Shuji Nakamura “per la invenció de diodes emissors de llum blava eficients, que han permès la consecució de llums blanques brillants estalviadores d’energia

Isamu Akasaki

赤崎 勇 (*Kagoshima, 30.1.1929) es va graduar a la Universitat de Kioto el 1952. Es doctorà en enginyeria electrònica a la Universitat de Nagoia el 1964. En la segona meitat dels 1960 començà a treballar amb diodes emissors de llum de nitrur de gal·li (GaN) en l’Institut de Recerca Matsuhita de Tòkio (MRIT). Per al desenvolupament de LED que emetessin en llum blava, va esforçar-se en la qualitat dels cristalls de GaN (emprant l’epitàxia metal·lorgànica en fase de vapor) i en l’estructura del dispositiu. El 1981 passà a la Universitat de Nagoya, on el seu grup de recerca reeixí a fer crèixer cristall de GaN d’alta qualitat damunt d’un substrat de safir. Dopat amb magnesi, aconseguiren un diode de tipus p de GaN. En el 1989 aconseguien una connexió p-n de GaN que emetia llum en la banda blava i ultraviolada. Les patents successives van servir, entre d’altres coses, per finançar l’Institut Akasaki de la Universitat de Nagoia.

Hiroshi Amano

天野 浩 (*Hamamatsu, 11.9.1960) es va doctorar en enginyeria electrònica a la Universitat de Nagoia. Especialitzat en enginyeria de semiconductors, treballà en el grup d’Isamu Akasaki en el desenvolupament de diodes emissors de llum blava.

Shuji Nakamura

中村 修二 (*Ikata, Ehime, 22.5.1954) es va graduar en enginyeria electrònica a la Universitat de Tokushima (1977). Completat el mestratge en el 1979, entrà a treballar per la Nichia Corporation, a Tokushima mateix. En el si de la Nichia Corporation aconseguí el desenvolupament d’un diode emissor de llum blava brillant. Aquest component, fet també de GaN, superava en lluminositat els LEDs blaus que havien desenvolupat Akasaki i Amano a la Universitat de Nagoia. El LED blau brillant de Nakamura, quan era recobert de fòsfor, emetia un llum groga. Això podia ser la base de la il·luminació blanca amb LEDs. El fundador de Nichi, Nobuo Ogawa va creure en el projecte, però la direcció en veure la lentitud dels treballs de Nakamura decidí prescindir-ne. Nakamura, de totes maneres, en solitari, coronà el projecte, i el 1993 començà la comercialització d’il·luminació amb LEDs. Nakamura mantingué els vincles amb Nichia fins el 1999, quan passà a la Universitat de Califòrnia a Santa Barbara com a professor d’enginyeria. Des de Santa Barbara pledejaria amb Nichia pels drets de la descoberta, i les dues parts no arribarien a un acord fins el 2005. Al costat de Steven DenBaars i James Speck, fundà Soraa, companyia dedicada el desenvolupament de tecnologies d’il·luminació d’estat sòlid, gairebé sempre basades en GaN pur.

Els LEDs en la generació de llum blanca

Components d’un LED (a dalt) i esquema de funcionament electrònic (a sota)

Els primers diodes emissors de llum (LEDs), que emetien de la banda infraroja fins a la banda verda, no eren suficients per aconseguir llum blanca. Mancaven els LEDs blaus. Si els primers LEDs apareixen en els anys 1950, els LEDs blaus no ho fan fins a final dels anys 1980. La llum blanca hom la pot aconseguir amb LEDs blaus que il·luminen materials fosforescents que reemeten llum verda i vermella, o bé amb una combinació de LEDs blaus amb LEDs verds i vermells. De mica en mica, la il·luminació LEDs guanya espai en detriment de les làmpades incandescents i de les fluorescents.

Després d’uns primers intents d’aconseguir LEDs blaus amb seleniür de zinc (ZnSe) o amb carbur de silici (SiC), els esforços se centraren en el nitrur de gal·li (GaN). El repte era combinar una correcta cristal·lització de GaN amb l’ús d’agents dopants que conferissin les propietats electròniques adequades. Isamu Akasaki esmerçà gairebé dotze anys (1974-1986) en adaptar la tècnica de cristal·lització a aquestes exigències. La combinació de temperatures de deposició i de creixement i l’ús d’agents dopants que no interferissin amb la cristal·lització no fou gens senzilla. Superada aquesta fase, el grup d’Akasaki i el grup de Nakamura entre d’altres cercaren la millora de l’eficiència del LED blau.

El mercat de la il·luminació blanca amb LEDs es troba en creixement. Els dispositius tenen una vida de l’ordre de 100.000 hores i presenten una eficiència de 300 lm/W. És qüestió de temps que substitueixin els sistemes previs d’il·luminació elèctrica. Hom compta amb una reducció consegüent de les necessitats d’electricitat per a il·luminació. Però l’experiència assenyala que el menor consum elèctric i la major il·luminació també poden facilitar els excessos i la consegüent contaminació lumínica addicional.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

Les bases neuronals de l’orientació (O’Keefe, Moser, Moser: Premi Nobel de Fisiologia, 2014)

Fa unes setmanes parlàvem del premi Kavli de neurociència, un dels guardonats del qual fou John O’Keefe. O’Keefe repeteix ara amb el Premi Nobel de Fisiologia. En efecte, el comunicat de l’Assemblea Nobel del Karolinska Institutet ha concedit a O’Keefe la meitat del Premi, mentre l’altra meitat se la reparteixen May-Britt Moser (un quart) i Edvard I. Moser (un quart). Tots tres el reben “per les llurs descobertes de cèl·lules que constitueixen un sistema de posicionament en el cervell“.

John O’Keefe

John O’Keefe (*NYC, 18.11.1939) va nàixer al si d’una família irlandesa. Graduat al City College of New York, se n’anà a Montréal a estudiar psicologia fisiològica a la McGill University, dins del Departament de Donald O. Hebb (1904-1985). El seu director de tesi fou Ronald Melzack (*Montréal, 19.7.1929). Completat el doctorat, passà al University College London en el 1967, on treballà al costat de Patrick Wall (1925-2001). Seria a l’UCL on desenvoluparia la seva carrera científica (és ciutadà dels Estats Units, per naixença, i del Regne Unit, per naturalització). El 1987 esdevingué professor de l’UCL, amb tasques docents al Departament d’Anatomia i a l’Institut de Neurociència Cognitiva.

May-Britt Moser

May-Britt i Edvard Moser

May-Britt (*Fosnavåg, Noruega, 4.1.1963) es va graduar en psicologia a la Universitat d’Oslo (1990). Completà el doctorat al mateix centre en el 1995 sota la direcció de Per Andersen (*1930). Ja en 1994 començà una estada amb Richard Morris (*1948) en el Centre de Neurociència de la Universitat d’Edinburgh, on s’hi va estar fins el 1996. També realitzà una breu estada en el 1996 en el laboratori de John O’Keefe. De retorn a Noruega, esdevingué professora associada de psicologia biològica en la Universitat Noruega de Ciència i Tecnologia (NTNU), a Trondheim. En el 2000 accedí a una plaça titular. En el 2002 participà en la fundació del Centre de Biologia de la Memòria de l’NTNU i, en el 2007, de l’Institut Kavli de Neurociència de Sistemes (2007).

Edvard I. Moser

Evard I. Moser (*Ålesund, Noruega, 27.4.1962) es va graduar en matemàtica i estatística a la Universitat d’Oslo en el 1985 i, al mateix centre, en el 1990, de psicologia i de neurobiologia. Fou en el decurs d’aquests darrers estudis quan conegué May-Britt, amb qui es casà. El matrimoni seguí una trajectòria paral·lela. Els dos es doctoraren en el 1995 sota la direcció de Per Andersen. Després de l’estada comuna a Edinburgh i a Londres, els dos obtingueren places a l’NTNU de Trondheim, però Edvard I. Moser aconseguí la titularitat abans, el 1998.

La percepció de la posició i orientació: les bases neuronals

La qüestió de com percebem la nostra posició en l’espai, de com ens orientem, ha estat enfocada des de diferents perspectives. Fa uns dies, en parlar sobre els Ig Nobel, ens referíem a l’estudi de Hart et al. (2013) sobre la percepció del camp magnètic en gossos. La fisiologia sensorial comparada ens mostra la diversitat d’altres estímuls ambientals que contribueixen a l’orientació i a la navegació en les més diverses espècies animals. El sistema vestibular de la nostra orella interna forneix, també en l’ésser humà, informació per a l’equilibriocepció. El sentit cinestèsic, la propiocepció, aporta a l’escorça parietal del cervell informació sobre les posicions relatives de parts del cos. L’ecolocalització dels ratpenats, l’electroorientació en peixos elèctrics com el Gymnotus, la brúixola solar que empren les abelles en els seus vols, els senyals solars i estelars que guien la navegació d’aus migratòries han estat models clàssics en l’estudi de les bases sensorials de l’orientació.

Però la fisiologia sensorial és únicament una part de l’aspecte. La percepció de l’espai i del temps requereix el processament cerebral d’aquesta informació. Com es fa aquest processament? Edward C. Tolman (1886-1959) postulà en el 1948 l’existència d’uns mapes cognitius d’acord amb experiments realitzats en rates i humans. En familiaritzar-nos progressivament en un nou ambient, a través de l’exploració, es forma en el nostre cervell un mapa d’aquest entorn.

A partir del 1958, el desenvolupament de microelèctrodes implantables de manera crònica possibilità relacionar comportaments complexos amb patrons d’activitat neural. El laboratori de Patrick Wall, que treballava inicialment en la percepció del dolor (nocicepció), fou pioner en aquestes tècniques. Allà les va aprendre John O’Keefe, que les aplicà a la qüestió de l’orientació. Era sabut que lesions en l’hipocamp fan que les rates adquireixen un comportament hiperactiu en ambients nous, alhora que puntuaven pitjor en tasques espacials. Implantant microelèctrodes en l’hipocamp de rates, John O’Keefe & Jonathan Dostrovsky (1971) fornien proves que semblaven donar suport a la hipòtesi de Tolman sobre mapes cognitius, concretament sobre el rol de l’hipocamp com a mapa espacial.

Localització de l’hipocamp en el cervell humà

O’Keefe i Dostrovsky definiren amb aquests estudis unes “neurones de localització” (place cells), d’acord amb el seu patró de resposta a estímuls sensorials. Aquestes neurones eren situades en la regió CA1, en la partició dorsal de l’hipocamp. O’Keefe (1976) classificà aquestes neurones (o, emprant una terminologia més prudent, “unitats”) en “unitats d’emplaçament” i “unitats de desplaçament”, d’acord amb com es comportaven elèctricament en relació al comportament de l’organisme (de la rata) en tests de laberint. Cada “place unit” tan sols eren activa quan la rata es trobava en un punt concret del laberint. J. O’Keefe & D.H. Conway (1978) registraren el patró d’activació de trenta-quatre d’aquestes “unitats” en dos ambients: 1) una plataforma en la qual la rata no havia rebut ni ensinistrament ni recompensa; 2) un laberint elevat en T amb un conjunt de cortines negres en el que la rata havia estat ensinitrada per a la discriminació de lloc d’acord amb pistes sensorials (un llum, una carta, un ventilador i un brunzidor). Aquestes i altres experiències conduirien a postular un model del funcionament de l’hipocamp com a mapa cognitiu, que John O’Keefe i Lynn Nadel presentaren en un volum publicat en el 1978.

El grup d’O’Keefe en els anys següents estudià el rol d’aquests mapes cognitius en la memorització espacial (J. O’Keefe & A. Speakman, 1987). Hom seguí els processos relacionats amb l’adaptació a nous ambients, i la consegüent reelaboració del mapa cognitiu (Lever et al., 2002).

Paral·lelament, la caracterització de les “cèl·lules”, “unitats” o “camps” de localització de l’àrea CA1 de l’hipocamp obria la qüestió de com es formen. La primera hipòtesi era suposar que la formació i transformació d’aquests camps tenia lloc d’acord amb la informació sensorial que arribava a l’hipocamp. Però aviat hom proposaria un model més complex de processament de la informació sensorial que conduïa a la generació del mapa cognitiu.

El laboratori de Per Oskar Andersen tenia una llarga trajectòria en l’estudi del rol de l’hipocamp en l’aprenentatge i la memòria. Fou en el seu laboratori que Terje Lømo en el 1966 observà per primera vegada el fenomen de la potenciació de la transmissió sinàptica en la via perforant cap a cèl·lules del grànul dentat en l’hipocamp de conills anestesiat. En la primera meitat dels anys 1990, dos doctorands de Per Andersen, la parella formada per May Britt i Edvard I. Moser també treballaven en hipocamp. Part de la recerca d’E. I. Moser fou publicada en un article a Science del 1993. Entre els models que utilitzaven hi havia la tasca de navegació en aigua per a rates, model desenvolupat per Richard G. M. Morris (1981). Els Moser feren l’estada post-doctoral amb el mateix Morris a Edinburgh i, després, amb O’Keefe a Londres. Retornats a Noruega, emprengueren la tasca de determinar el rol dels senyals aferents de la regió CA1 en la formació dels mapes cognitius.

El primer lloc a recercar, era el còrtex entorrinal, d’on procedeix en rates la major part dels senyals nerviosos que entren en l’hipocamp. Concretament, les fibres del còrtex entorrinal projecten principalment cap al gir dentat de l’hipocamp, que connecta alhora amb la regió CA3, la qual ho fa amb la regió CA1. L’eliminació de les connexions entre CA3 i CA1, però, no afectaren la formació de “cèl·lules de lloc” en la regió CA1 però sí el record espacial (Brun et al. (2002)). Això els portà a postular l’existència en l’hipocamp de dos circuits de memòria, funcionalment separables, en l’hipocamp. El grup de Moser se sentí refermat en la idea que el còrtex entorrinal, en tant que interfície entre el neocòrtex i l’hipocamp, havia de jugar un paper central en la memòria espacial. Fyhn et al. (2004) presentaren mesures de la modulació espacial de capes del còrtex entorrinal mitjà, que assenyalaven el rol d’aquesta regió en “l’espacialització” de la informació sensorial, que després es projectaria en la regió hipocampal CA1. Hafting et al. (2005) introduïen ja el concepte de “cèl·lula reixa”, en analogia al de “cèl·lula lloc” d’O’Keefe.

Superposició de la trajectòria espacial seguida per una rata (línia negra) i l’activació d’una “cèl·lula de reixa” del seu còrtex entorrinal

Les cèl·lules de reixa, a diferència de les cèl·lules de lloc, no es disparen en un lloc concret, sinó seguint un patró espacial “en reixa”. Es disparen en diferents llocs, però aquests llocs formen entre ells una mena de reixa hexagonal. En una mateixa regió del còrtex entorrinal les diferents cèl·lules presenten diferents fases de resposta, bo i mantenint la mida i l’orientació de la xarxa hexagonal. Els camps hexagonals es fan més grans en la part ventral del còrtex.

La formació de la reixa hexagonal és conseqüència de l’establiment de xarxes neuronals complexes. És damunt d’aquestes xarxes que arriben els senyals pròpiament sensorials o motors. Solstad et al. (2006) proposaren un model matemàtic de com la xarxa hexagonal del còrtex entorrinal es projectava en forma de “cèl·lules de lloc” en la regió CA1 de l’hipocamp. Seguí després la descoberta d’un tipus neuronal del còrtex entorrinal que s’activava quan l’animal s’apropava als límits d’un ambient tancat, les anomenades “cèl·lules de límit” (Solstad et al., 2006).

El grup de recerca dels Moser es troba immers encara en aquesta recerca. El rol de l’hipocamp i del còrtex entorrinal en la percepció de l’espai i de la memòria espacial també els ha dut a investigar les patologies de la memòria (Cacucci et al., 2008). L’aspiració és que desxifrar les computacions neurals implicades en l’orientació i posicionament servirà de base per al coneixement de moltes altres funcions cognitives, tant del seu funcionament fisiològic com dels aspectes patològics.

També és actiu el grup de John O’Keefe. Recentment, han publicat una recerca de com la geometria ambiental afecta la simetria de les cèl·lules de reixa (Krupic et al., 2014). Avui com fa cinquanta anys, l’interès d’O’Keefe és rastrejar les bases neurals de la cognició i de la memòria espacials, recolzat en els models animals i humans (ús de la realitat virtual associada a la imatgeria cerebral) i en les simulacions (models de xarxes neuronals, navegació de robots, etc.).

Lligams:

- John O’Keefe (UCL)

- El grup de recerca dels Moser.

Publicat dins de 5. La Intel·ligència | Envia un comentari

La missió marciana d’ISRO entra en l’òrbita de Mart

El passat 5 de novembre del 2013, l’Organització de Recerca Espacial Indiana (IRSO) completava reeixidament el llençament des del cosmòdrom de Sriharikota el llençament del 25è vol del PSLV-C25, que duia al damunt una sonda destinada a entrar en l’òrbita de Mart. Mitjançant successives òrbites geocèntriques ascendents, la cosmonau robòtica fou col·locada en la trajectòria interplanetària, deixant enrera l’esfera d’influència del nostre planeta el 4 de desembre. Ahir, 24 de setembre, després de 9 mesos i 20 dies, assolia el seu objectiu: entrar en l’òrbita marciana.

En els propers dies començarà la fase científica de la missió: l’estudi cartogràfic, morfològic, mineralògic de la superfície marciana, i de l’atmosfera d’aquest planeta. Per això, consta d’una càmera de color, un espectrometre de radiació infraroja tèrmica, un sensor de metà, un analitzador de composició atmosfèrica i un fotòmetre Lyman-Alpha (LAP). El LAP, en mesurar l’abundància relativa de deuteri/proti en l’hidrogen de l’exosfera marciana, ajudarà a entendre millor els processos d’escapament de material atmosfèric.

Envia un comentari

Probiòtics, de la femta de canalla a l’elaboració d’embotits, i d’altres Premis Ig-Nobel 2014

El Sanders Theather de Harvard ha acollit la 24a edició de la cerimònia de lliurament dels premis Ig Nobel, que cada any concedeixen des d’Improbable Research.

La fricció entre les soles de sabates i la pell de plàtan (Mabuchi, Tanaka, Uchijima, Sakai; Premi Ig-Nobel de Física, 2014)

La pell de banana produeix una disminució significativa del coeficient de fricció d’una superfície, amb els consegüents riscos que això comporta

Kiyoshi Mabuchi recollia en nom dels seus col·legues aquest Premi per una recerca publicada a Tribology Online. La tribologia, per qui no ho sàpiga, és la ciència que estudia la interacció de superfícies en moviment. N’estudi la fricció, però també la lubricació, el desgast, etc. De relliscades n’hi ha de moltes menes, però és força proverbial la que té a veure amb fotre’s una bona nata després d’ensopegar amb una pell de plàtan. Diuen les cròniques que la preocupació per les pells de plàtan i banana ja és testimoniada en poblacions nord-americanes del segle XIX, temps en les que les fruites exòtiques comportaven noves oportunitats de negoci però també nous reptes en la convivència. Des dels anys 1920 en endavant, el gag basat en la pell de plàtan ha esdevingut un clàssic de la comèdia física.

Però fins quin punt el mite es correspon a la realitat? Kiyoshi Mabuchi, Kensei Tanaka, Daichi Uchijima i Rina Sakai, de la Universitat de Kitasato expliquen en l’article titulat “Frictional Coefficient under Banana Skin” els diferents aspectes de fricció i lubricació que entren en aquest sistema física.

Veure el rostre de Jesús en una torrada (Liu, Li, Feng, Li, Tian, Lee; Premi Ig-Nobel de Neurociència, 2014)

Kang Lee recollia aquest premi per un estudi sobre el fenomen de la pareidòlia. La pareidòlia és el fenomen psicològic pel qual un estímul vague o aleatori és interpretat per algunes ments humanes com un estímul significant. L’exemple clàssic són les notícies recurrents sobre l’aparició del rostre de Jesús en una torrada. Justament l’exemple triat pels investigadors guardonats.

L’article fou publicat a la revista Cortex amb el títol “Seeing Jesus in toast” i el subtítol “neural and behavioral correlates of face pareidolia”. Els autors són de la Universitat Jiatong de Beijing (Jiangang Liu, Ling Li), de la Universitat Xidian (Jun Li, Jie Tian), de l’Acadèmia Xinesa de Ciències (Lu Feng) i de la Universitat de Toronto (Kang Lee).

L’estudi contrasta la pareidòlia facial (veure cares) amb la pareidòlia literal (veure lletres). Els subjectes experimentals eren exposats a imatges aleatòries i se’ls deia que havien de trobar bé una cara amagada o bé una lletra amagada. En el 34% i el 38% dels casos, respectivament, les “veien”. Aquesta “visió” es correlacionava amb una resposta específica d’un àrea cerebral, rFFA, quan es tractava de cares. En canvi, la rFFA no participa en la “visió” de lletres. L’estudi se centra en identificar la xarxa cerebral implicada en la pareidòlia facial, en la qual participen zones de les regions frontals i occipitotemporals. També mostren com el processament de rostres humans en el nostre cervell té un fort component top-down en el qual les suggerències “superiors” influeixen en la interpretació de l’input sensorial. És aquí on entra el Jesús de les Torrades

La personalitat dels noctàmbuls (Jonason, Jones, Lyons; Premi Ig-Nobel de Psicologia, 2014)

Bela Lugosi encarna en Dràcula una personalitat narcissista, psicòpata i maquiavèl·lica, trets que segons Jonason et al. es vinculen a un cronotip nocturn, que treu profit d’innocents víctimes del cronotip matutí

Peter K. Jonason recollia en nom dels seus col·legues aquest premi per un article titulat “Creatures of the Night: Chronotypes and the Dark Triad Traits” i que fou publicat el mes de setembre del 2013 en la revista “Personality and Individual Differences”.

Peter K. Jonason, de la Universitat de Western Sidney, i Amy Jones i Minna Lyons, de la Liverpool Hope University, dissenyaren aquest estudi, en el qual participaren 263 subjectes. Es tractava de comprovar la hipòtesi d’especialització de nítxol segons la qual existeix una tríada fosca formada pel narcissisme, psicopatia i maquiavel·lisme. Jonason et al. proposaven que aquesta “tríada fosca” s’associa a un cronotip nocturn, és a dir a una personalitat especialment activa en les hores nocturnes. La manca de llum, la limitació de la vigilància i la feblesa pròpia de les persones que són més actives per la nit serien aprofitades per les “criatures nocturnes”. Mitjançant estudis de correlació, Jonason et al. diuen haver trobat aquest vincle entre cronotip i tríada fosca. Aquest vincle seria present en tots dos sexes.

Els riscos de viure amb gats (Flegr, Havlíček, Hanušova-Lindova, Hanauer, Ramakrishnan, Seyfried; Premi Ig-Nobel de Salut Pública, 2014)

Esquema sobre el cicle vital de “Toxoplasma gondii”

Jaroslav Flegr, David Hanauer i Naren Ramakrishnan recollien aquest premi per una sèrie de recerques sobre els riscos psicològics de tindre un gat com a animal de companyia. Jaroslav Flegr & Jan Havlíček publicaren en el 1999 a “Folia Parasitologica” un article sobre els canvis en el perfil de personalitat de dones joves amb toxoplasmosi latent. L’estudi analitzava la personalitat de 191 dones joves gestants, a les quals es va fer un test sobre anticossos anti-Toxoplasma. 136 dones donaren negatiu, i 55 donaven positiu. Toxoplasma gondii és un microorganisme apicomplex que en poblacions humanes assoleix prevalences del 20-80%. Normalment, la infestació és assimptomàtica, però fins i tot en absència de símtomes se suposa que s’indueixen canvis comportamentuals que ajuden al paràsit a completar el seu cicle vital. Per tal de completar la fase sexual del seu cicle vital, T. gondii ha d’infestar gats, i ací la relació que hi ha entre els felins i aquest protozou. El cas és que els dos investigadors del Departament de Parasitologia de la Universitat Carles IV de Praga, trobaren que les dones amb infecció latent mostraven una major intel·ligència i menor sentit de culpabilitat. En el 2003, Jaroslav Flegr, Marek Preiss, Jiri Klose, Jan Havlícek, Martina Vitákova i Petr Kodym retornaven a la qüestió dels canvis comportamentuals de la toxoplasmosi latent amb un article a Biological Psychology. En aquest estudi, els subjectes eren 857 joves allistats a l’exèrcit, als quals se’ls sotmetia a un qüestionari psicobiològic. Els joves que donaven positiu per Toxoplasma puntuaven inferioment en una sèrie de camps: la recerca de novetats, la impulsivitat, l’extravagància, la desordenació. Aquests canvis eren majors quan major era la concentració d’anticossos. Els investigadors se sorprengueren en veure que aquest estudi assenyalava que els infectats presentaven una pitjor puntuació en IQ i tenien menys probabilitat de completar una educació superior. Amb totes aquestes dades, els autors assenyalaven un possible nexe comú entre toxoplasmosi i esquizofrènia a través de la manca de recerca de novetats, probablement vehiculada per un augment dels nivells de dopamina cerebral. Ja més recentment, en el 2013, David A. Hanauer, Naren Ramakrishnan i Lisa S. Seyfried “descriven la relació entre les mossegades de gat i la depressió humana” emprant dades de registres electrònics de salut. L’estudi prenia de dades d’una població de 1,3 milions de pacients. D’aquesta població extregueren dades de 750 pacients amb mossegades de gat i de 1108 pacients amb mossegades de gos. Més prevalent era la depressió, amb 117.000 pacients, la qual cosa dóna un 9%. Però si prenen les persones mossegades per gos, la prevalença de la depressió puja al 28,7%, mentre que si ens centrem en els mossegats per gats arribem a un 41,3%. La població amb depressió i mossegades de gos és integrada en un 64,5% per dones, mentre que la població amb depressió i mossegades de gat és integrada en 85,5% per dones. Així, si la probabilitat que un home mossegat per un gat tingui una depressió és del 24,2%, en dones aquesta probabilitat puja al 47,0%. Hanauer et al., en la discussió de l’article esmenten els estudis clàssics dels seus col·legues txecs sobre Toxoplasma en un esforç per explicar aquest vincle entre gats i depressió.

El camp geomagnètic en la defecació canina (Hart, Nováková, Malkemper, Begall, Hanzal, Ježek, Kušta, Němcová, Adámková, Benediktová, Červený, Burda; Premi Ig-Nobel de Biologia, 2014)

El camp magnètic de la Terra presentació variacions, des de l’escala més petita, de milisegons, a l’escala més gran, de milions d’anys. Es calcula que durant el dia, tan sols en un 20% del temps mostra prou estabilitat com per ésser detectat pels animals magnetosensibles, però són justament aquestes fraccions del temps les que els ajuden a extreure la informació necessària per geoorientar-se

Vlastimil Hart, Petra Nováková, Pascal Malkemper, Sabine Begall, Veronica Němcová i Hyner Burda recollien aquest premi per una recerca feta en les fronteres de zoologia. De fet, la recerca la publicaren a “Frontiers in Zoology”, amb un article titulat “Els gossos són sensibles a petites variacions del camp magnètic de la Terra”. És llarga la llista d’espècies de mamífers que, en determinats contextos comportamentuals, arrengleren el cos d’acord amb les línies del camp magnètic planetari. Aquest arrenglerament és indici d’una capacitat magnetosensorial. Els investadors, de la Universitat Txeca de Ciències de la Vida estudiaren 70 gossos de 37 races diferents, registrant un total de 1893 defecacions i 5582 urinacions durant un període de 2 anys. Cadascuna d’aquestes observacions fou després casada amb les condicions geomagnètiques de cada moment. L’anàlisi global deixà clar que els gossos s’estimen més excretar amb el cos alineat en direcció N-S (magnètica), sempre que les condicions geomagnètiques siguin estables. Si el camp magnètic és inestable, aquest comportament direccional s’esvaeix. L’estudi demostrà per primera vegada que els gossos tenen sensibilitat magnètica. La rellevància en la vida quotidiana canina és, però, limitada, ja que el camp magnètic és estable tan sols un 20% en el període diürn.

La nocicepció mentre mirem quadres (Tommaso, Sardaro, Livrea; Premi Ig-Nobel d’Art, 2014)

Localització del còrtex cingulat anterior que sembla implicat en funcions com l’anticipació de la recompensa, la presa de decisions, l’empatia, el control d’impulsos i l’emoció

Marina de Tommaso va recollir aquest premi per un article publicat fa sis anys a Consciousness and Cognition. Marina de Tommaso, Michele Sardaro i Paolo Livrea, del Departament de Ciències Neurològiques i Psiquiàtriques de la Universitat de Bari, partien del fet que el dolor és modulat per factors cognitius (atenció, emocions, etc.). Així es demanaven que l’apreciació estètica també influeix en la valoració subjectiva del dolor. En el seu estudi participaren dotze voluntaris sans. L’estímul dolorós era un làser de CO2 adreçat a la mà dels subjectes mentre contemplaven un quadre. Prèviament, els voluntaris havien classificat tota una sèrie de quadres en “bells”, “neutrals i “lletjos”. L’apreciació estètica era, doncs, subjectiva. Les dades mostraven que, quan hom contemplava un quadre que considerava bell, la sensació de dolor era inferior. I no tan sols la sensació, sinó que també les dades de neuroimatge indicaven una inhibició de l’amplitud de les ones P2, localitzades en el còrtex cingulat anterior. Quan hom observava quadres considerats neutres o bells, no es produïa aquest efecte. Els autors concloïen que “els nostres resultats forneixen una prova que el dolor es pot modular a nivell d’escorça cerebral pel contingut estètic d’estímuls de distracció“.

Com augmentar el PIB en un instant (Istituto nazionale di statistica; Premi Ig-Nobel d’Economia, 2014)

La Unió Monetària Europea establí en el seu moment una sèrie de “criteris d’euro-convergència”, també coneguts com a criteris de Maastricht. Dos dels cinc criteris eren quocients. Un era el dèficit pressupostari governamental, que era la ratio entre el dèficit anual general del sector públic i el producte interior brut en preus de mercat, que no havia d’excedir el 3%. L’altre era el deute governamental, expressat com a ratio entre el valor nominal del deute públic consolidat i el producte interior brut en preus de mercat, i que no havia d’excedir el 60%. En dades del 2012, únicament Estònia, Luxemburg i Finlàndia eren dins del quadre acceptable:

Per tal de disminuir les ratio, tan rellevant podia ser fer disminuir els numeradors com fer créixer els denominadors. En aquest context, la Unió Europea recomanà, per tal de tindre una estatística més real, que hom inclogués en el producte interior brut els ingressos provinents de la prostitució, de la venda de drogues il·legals, del contrabandisme i de tota transacció financera il·legal, amb l’única condició que les parts d’aquestes transaccions les fessin de manera voluntària. El 26 de juny del 2013 era publicada ESA 2010 la nova versió del Sistema Europeu de Comptabilitat Nacional i Regional. Qui va fer primer els deures fou l’ISTAT italià, i d’ací el premi Ig Nobel.

Com aturar hemorràgies nasals amb carn curada de porc (Humphreys, Saraiya, Belenky, Dworkin; Premi Ig-Nobel de Medicina, 2014)

La trombastènia de Glanzmann provoca una resposta a l’hemorràgia molt feble. Fou descrita per Eduard Glanzmann (1887-1959) i avui coneixem millor la seva base genètica. L’article d’Ian Humphreys, Sonal Saraiya, Walter Belenky i James Dworkin exposa un tractament efectiu i no invasiu contra una de les conseqüències més temibles d’aquesta malaltia, l’hemorràgia nasal incontrolable

Sonal Saraiya recollia aquest premi per un article publicat a Annals of Otology, Rhinology and Laryngology, sobre un nen de quatre anys amb trombastenia de Glanzmann. La trombastenia de Glanzmann és una coagulopatia en la qual la manca del receptor de fibrinògen (GpIIb/IIIa) en plaquetes produeix una tendència al sagnat de mucoses. El pacient en qüestió havia patit dos episodis severs d’epistaxis (hemorràgia nasal) que havien posat en perill la seva vida. L’epistaxis per trombastenia de Glanzmann ha estat tractada amb diverses teràpies farmacològiques (factor VII recombinant, agents antifibrinolítics), transfusions de sang i amb teràpies quirúrgiques. En el cas d’aquest infant, Humphreys et al. li salvaren la vida mitjançant un tampó nasal fet de carn curada i salada de porc. En els dos casos, el tampó aconseguí aturar l’hemorràgia en 24 hores i, després de tres dies, el tampó fou retirat sense que hi hagués seqüeles.

Les respostes de rens a la visió d’éssers humans vestits d’óssos polars (Reimers, Eftestøl; Premi Ig-Nobel de Ciència Àrtica, 2014)

Disfresses més o menys realistes d’óssos polars han estat utilitzades per activistes de Greenpeace en concentracions de protesta

Eigil Reimers i Sindre Eftestøl recolliren aquest premi per una recerca que feren a Edgeøya, Svalbard, sobre el comportament del ren d’aquell arxipèlag (Rangifer tarandus platyrhynchus) i que fou publicat com a article a “Artic, Antarctic, and Alpine Research”. Els dos investigadors volien saber més sobre les interaccions entre el ren d’Svalbard i els óssos polars (Ursus maritimus). A manca d’óssos polars a la mà, sotmeteren els rens a dos tipus d’estímuls: la persecució per part d’un ésser humà amb robes fosques i la persecució part d’un ésser humà disfressat d’os polar. El temps d’alerta davant d’una persona disfressada d’ós polar era 1,6 vegades més llarg que no pas davant d’una de no disfressada. El temps fins a iniciar la fugida era 2,5 vegades més llarg, mentre que la distància d’escapament era 2,3 vegades més llarga. Els autors especulen que la disminució de la coberta glacial àrtica durant els mesos estivals, així com un augment de la població d’óssos polars a Svalbard fa que les trobades entre rens i óssos polars siguin més freqüents. El comportament de fugida dels rens els permet suposar que entre les dues espècies d’animals no-humans s’estableix una relació depredador-presa.

La recerca probiòtics per fer embotit en les cacones d’infants (Rubio, Jofré, Martín, Aymerich, Garriga; Premi Ig-Nobel de Nutrició, 2014)

Les guardonades trameteren un missatge de vídeo acceptant el guardó. Raquel Rubio, Anna Jofré, Belén Martín, Teresa Aymerich i Margarita Garriga treballen en el Programa de Seguretat Alimentària de l’IRTA, a la Finca Camps i Armet, a Monells (Baix Empordà). L’agost del 2013 publicaven a “Food Microbiology” un article sobre la caracterització de bacteris d’àcid làctic, aïllats de femtes d’infants, com a potencials cultius iniciadors per a la fermentació d’embotit.

De les femtes infantils van recuperar uns 109 aïllats de bacteris d’àcid làctic. Per identificar cadascuna d’aquestes soques, empraren tècniques de seqüenciació parcials dels gens 16S-rRNA, cpn60 o pheS. El 48% de les soques estudiades foren adscrites a Lactobacillus, mentre que un 38% ho foren a Enterococcus. Si baixem a nivell d’espècie trobem, en primer lloc, a Enterococcus faecalis (38%) i, en segon, a Lactobacillus gasseri. Amb la mirada posada en un cultius iniciadors per a la fermentació d’embotits, les investigadores es restingiren al gènere Lactobacillus. Seguidament, evaluaren la capacitat d’aquestes soques de Lactobacillus de créixer en cultius de laboratori amb condicions similars a la d’embotits en fermentació. Però també valoraven altres aspectes funcionals, de seguretat alimentària (inclosa l’activitat antagonista contra patògens alimentaris), de supervivència en les condicions del tracte gastrointesinal (acidesa, presència de sals biliars, de pacreatina), susceptibilitat a antibiòtics, capacitat d’agregació i producció de tiramina (una monoamina no gaire desitjable per una possible vinculació amb migranyes).

Sis soques passaren aquest cribatge: Lactobacillus caseiparacasei CTC1677, Lactobacillus caseiparacasei CTC 1678, Lactobacillus rhamnosus CTC1679, Lactobacillus gasseri CTC1700, Lactobacillus gasseri CTC1704, Lactobacillus fermentum CTC1693.

Les sis soques foren assajades com a cultius iniciadors en un model d’embotit. Tres d’elles, CTC1677, CTC1678 i CTC1679, foren capaces de dominar als bacteris d’àcid làctic endògens, assolint nivells de 108 cèl·lules viables/gram d’embotit, i liderant efectivament el procés de fermentació.

Publicat dins de General | Envia un comentari

El supercúmul galàctic Laniakea

Als qui han seguit “des de la Mediterrània” el viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier, el nom de R. Brent Tully els resultarà familiar. Tully ha fet contribucions fonamentals per conèixer les grans estructures de l’univers, els cúmuls i supercúmuls de galàxies, en el marc dels quals la nostra Via Làctia no és representada més que com un puntet. La revista Nature ha publicat aquesta setmana un article signat per R. Brent Tully, Hélène Courtois, Yehuda Hoffman i Daniel Pomarède sobre una estructura de nova descripció, el “supercúmul Laniakea de galàxies”.

L’existència d’un Grup Local de galàxies, articulat al voltant de la Via Làctia i de dues altres galàxies espirals, la Nebulosa d’Andròmeda i la Nebulosa del Triangle fou definida ja per Edwin Hubble en els anys 1930, en el decurs dels seus esforços per estimar les distàncies intergalàctiques. Hom diferencià aviat entre els “grups de galàxies” més esparsos i els “cúmuls galàctics” formats per grans agregats molt integrats de galàxies.

No fou, però, fins els anys 1980 que hom començà a definir estructures més enllà dels cúmuls galàctics individuals. Les interaccions gravitatòries intra- i intergalàctiques deixaven clar que, més enllà de la matèria “visible”, hi havia una matèria fosca que mantenia aquestes grans estructures. En el 1986, hom definí, al voltant, del Cúmul de Virgo, un “supercúmul galàctic” en el qual era inclòs, com a grup més o menys perifèric, el nostre Grup Local. En el 1987, Tully definia un complex integrat per diversos supercúmuls: el Complex de Supercúmuls de Pisces-Cetus. Filaments de supercúmuls i grans parets de filaments, juntament amb els buits corresponents, representaven la gran escala de l’univers, més enllà de la qual es verificava la isotropia.

Laniakea és un dels noms que rep el firmament en llengua hawaiana. I ha estat el mot emprat per Tully i els seus col·laboradors per redefinir el Supercúmul Local, que seria quelcom més que el Cúmul de Virgo i els seus satèl·lits, i que integraria el Supercúmul de Centaurus. La redefinició deriva d’un concepte més dinàmic que no pas el del supercúmul clàssic. Més que no pas descriure la posició tridimensional de les galàxies catalogades, els models de Tully et al. compten també les velocitats peculiars (tangencial+radial) de cada galàxia respecte de la nostra. La velocitat peculiar de cada galàxia depèn de dos components: d’una banda, el component general degut a l’expansió de l’univers; de l’altra, el component especial propi de cadascuna. Aquest component especial és el resultat de la interacció gravitatòria, a la qual contribueix en un 80% de mitjana la matèria fosca. Del mapa de velocitats peculiars hom pot extreure un mapa de la distribució de la matèria que les afecta.

Laniakea, doncs, es correspon al volum dins del qual es deixa notar més aquesta acció atractora de la matèria, per damunt de l’expansió de l’univers. Laniakea, com hem dit, és substancialment major que l’anomenat “Supercúmul de Virgo”. El centre de masses Laniakea se situa potser a més de 100 milions d’anys-llum, mentre que el Cúmul de Virgo ens queda a uns 50 milions d’anys-llum. En certa mesura, és un altre colp copernicà.

YouTube Preview Image

Laniakea fa de l’ordre de 1047 kg de massa, amb un diàmetre mitjà de 4,94·1024 m. El Supercúmul de Virgo, per contra, fa 1,0·1024 m

i la massa és de l’ordre de 1045 kg. Potser la cosa es resoldrà considerant que Laniakea és un Hipercúmul format pels supercúmuls de Centaurus, de Virgo, etc. Entendre la dinàmica galàctica ens permetrà també conèixer l’evolució d’aquestes estructures, com es fan i es desfan.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

El viroma oral humà: un tret personal i persistent

Les tècniques d’alt processament de dades han donat lloc a les anomenades “òmiques”, començant per la genòmica. Aplicades a l’estudi de microorganismes permeten aconseguir dades impossibles a través del cultiu axènic clàssic. Així doncs, hom parla del “microbioma” com del conjunt de microorganismes existents en un determinat hàbitat. El “viroma” seria, específicament, el conjunt de virus. En un article inclòs en el número de setembre de la revista ISME, un grup de científics californians presenta un estudi sobre la població global de virus de la cavitat oral d’unes vuit persones.

El Laboratori de David T. Pride

El laboratori del doctor David Pride realitza estudis sobre el rol de la microbiota comensal humana en la fisiologia i patologia humanes. Encara que sota el terme de microorganismes, inclouen fongs, arqueons, bacteris i virus, el grup de Pride es dedica especialment als darrers i, més concretament, als de la cavitat oral. Dels virus que trobem en la cavitat oral humana, la majoria són virus bacterians, és a dir que infecten els bacteris de la cavitat oral i no pas les cèl·lules de la mucosa. Des de fa dècades, hom postula que aquests virus bacteriòfags juguen un paper en el control de la placa bacteriana dentària i d’altres poblacions bacterianes de la boca. Com responen els bacteris a l’atac d’aquests virus és un altre focus d’interès per a Pride, per exemple pel que fa als sistemes CRISPRs que confereixen els bacteris una immunitat adaptativa contra infeccions víriques.

L’estudi que publica ISME fou completat el setembre del 2013. El signen Shira R. Abeles (Departament de Medicina de la Universitat de Califòrnia de San Diego), Refugio Robles-Sikisaka, Andrew G. Lum, Julia Salzman (del Departament de Patologia), Tobias K. Boehm (del Col·legi de MKedicina Dental de la Western University of Health Sciences) i el mateix David Pride.

Una mostra de vuit persones durant 60 dies

Per a l’estudi foren recrutades vuit persones sense relació entre elles. Durant un període de 60 dies, cada 6 dies (11 mostrejos en total) se’ls prengueren mostres de saliva.

Els virus d’ADN de la cavitat oral humana

L’anàlisi metagenòmica es circumscrivia als virus d’ADN, restant exclosos, doncs, els virus d’ARN. La qüestió principal a respondre era el grau d’especificitat individual del viroma i els canvis que s’hi produïen en l’individu al llarg dels dies.

Entre les conclusions de l’estudi, destaquen:
- hi ha un conjunt de virus que són presents en totes les mostres analitzades.
- hi ha una forta associació entre els genotips vírics i els diferents individus. L’associació és més forta que no pas la que hom ha trobat en altres estudis sobre bacterioma oral. D’aquesta manera, el viroma oral humà sembla un tret força personalitzat.
- una part substancial dels virus que eren presents en un subjecte o ho eren en totes les 11 mostres analitzades al llarg dels 60 dies. D’altres tenien una presència més transitòria.
- més enllà de les diferències personal, existeixen uns patrons de població viral associats al sexe de cada individu. Aquesta especificitat de sexe ja havia estat descrita per al bacterioma.

L’estabilitat general de la població vírica i el seu caràcter específic de cada individu assenyalen, per a Abeles et al., que els virus juguen un paper important en l’ecosistema oral humà. Estudis amb poblacions més amples, i que relacionin els diferents grups de virus amb les cèl·lules hostes (humanes, fúngiques, bacterianes o arqueòniques), permetran aprofundir més en la qüestió, i entendre el possible rol positiu dels virus bacteriòfags en el manteniment de la salut oral.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari