“Kumimanu biceae”: un pinguí gegant de 100 kg i 1,77 m de fa 57 milions d’anys

Dougal Dixon a “After Man” (1981) fabulava sobre possibles organismes del futur llunyà, d’ací a 50 milions d’anys, i entre les criatures que imaginava hi havia un pinguí gegant que feia les “funcions ecològiques” de les actuals balenes. Dixon extreia aquesta inspiració del fet que fa 50 milions d’anys hi havia espècies de pingüins, és a dir d’aus de l’ordre de les esfenisciformes, que eren més grosses que les actuals. Gerald Mayr,
R. Paul Scofield, Vanesa L. De Pietri i Alan J. D. Tennyson descriuen a Nature Communications la que podria haver estat una de les espècies de pingüí més gegantina, amb una alçada de 1,77 m i una massa corporal de 100 kg. Ho fan a través d’un fòssil trobat a Hampden Beach (Otago, Nova Zelanda) que, pel seu nivell estratigràfic, tindria una antiguitat de 55,5-59,5 milions d’anys.

Alguns ossos de NMNZ S.45877, holotip de “Kumimanu biceae”, com ara la porció cranial de l’escàpula esquerra (a), vèrtebres toràciques (d i e), fèmur (f), esternó (g), tibiotars (h). La barra fa mig metre

Els pingüins gegants del primer Cenozoic

En l’evolució de l’ordre dels esfenisciformes crida l’atenció el gegantisme relatiu assolit per algunes espècies a començament de l’Era Terciària. Kaikuru grebnefi, de l’oligocè, tindria una llargada corporal de 1,5 m. Alguns individus de Palaeudyptes klekowski, de l’eocè, podrien haver fet 2 m. Entrat el miocè, però, aquests pingüins gegants desapareixen, probablement perquè ja no podien competir amb la diversificació de mamífers marins.

Un esquelet parcial trobat a la formació Moeraki, en Hampden Beach (Otago)

Nova Zelanda és la terra que concentra més restes dels esfenisciformes gegants. Mayr et al. reporten un esquelet parcial d’un pingüí gegant fossilitzat en la formació Moeraki, del paleocè, en la localitat de Hampden Beach (Otago). No tan sols seria un dels pingüins gegants més antics,
sinó també un dels més grans.

Per Mayr et al., som davant d’una nova espècie i un nou gènere d’esfenisciforme. L’holotip, NMNZ S.45877, és un esquelet parcial d’un sol individu que inclou l’extrem cranial de l’escàpula esquerra, la part dreta del coracoide, part de l’esternó, part de l’húmer esquerra, la part proximal de l’ulna esquerra, el fèmur dret, bona part del tibiotars dret, part del sinsacre, tres vèrtebres i alguns altres fragments ossis.

El nom genèric, de Kumimanu, es forma a partir dels mots maorís, “kumi” (un gegant mitològic) i “manu”, que vol dir ocell. L’adjectiu específic, biceae, és un homenatge a Bice Tennyson, la mare d’Alan J. D. Tennyson, ja que fou ella la que animà l’interès del fill en la història natural.

El fòssil fou trobat a Hampden Beach, en el marc de la formació Moeraki. Data del Paleocè tardà, concretament de final del Teurià, en el nivell estratigràfic local NZP5, que tindria una edat absoluta de 55,5-59,5 milions d’anys. En una mostra de la matriu de la peça s’identificà la presència del dinoflagelat Paleocystodinium australinum, que corroborà l’adscripció a l’estatge Teurià.

L’húmer tindria una llargada estimada entre 185 i 228 mm. El fèmur, complet, fa uns 161 mm. Mayr et al. estimen que l’holotip de K. biceae feia 1,77 m i pesava 101 kg. Aquestsa valors tan sols serien superats per P. klekowskii.

L’anàlisi filogenètica indica un origen múltiple dels pingüins gegants

Per escatir la posició filogenètica de Kumimanu biceae, Mayr et al. comparen les seves característiques amb la d’un ample ventall d’espècies fòssils i vivents de l’ordre dels esfenisciformes. Consideren com a pingüí gegant, tot aquell que superi en dimensions el pingüí emperador (Aptenodytes forsteri), el qual pot fer 122 cm de llargada i 45 kg de massa corporal.

K. biceae ocupa una posició relativament basal en l’ordre dels esfenisciformes, tan sols superada per espècies del gènere Waimanu. Queda fora, doncs, del llinatge que sobreviuria al Paleocè. K. biceae demostraria doncs que els pingüins gegants han aparegut, si més no, dues vegades en la història evolutiva dels esfenisciformes.

El gigantisme de K. biceae hauria sorgit en un estadi primerenc de la història dels esfenisciformes, quan ja havien abandonat el vol i havien esdevingut nedadors. Sense limitacions aerodinàmiques, la hidrodinàmia no era pas tan incompatible amb unes bones dimensions que, alhora, servien per escalar posicions en les sempre combatudes xarxes tròfiques marines. Els esfenisciformes substituïen els grans rèptils marins, desaparegut en l’extinció massiva del Cretàcic-Cenozoic. El gigantisme devia ésser afavorit per unes condicions climàtiques generals més càlides.
Al capdavall, llavors el món era en l’estadi d’hivernacle i no pas en l’estadi d’iglú dels nostres dies.

La tendència al gigantisme és afavorida pels avantatges de supervivència i aparellament associats a una mida elevada. Els pingüins més grossos ho tenen més fàcil per reeixir en la competència intra- interspecífica per aconseguir un territori de cria.

Mayr et al. consideren que allò que cal explicar no és el gigantisme en el Paleogè, sinó més aviat la manca de gigantisme en el Neogè. Hom ha suposat que els pingüins gegants desaparegueren víctimes de la competència amb mamífers marins, tant odontocets com pinnípedes. Els conflictes actualment existents entre pingüins i pinnípedes per les zones de cria reforcen aquesta visió.

Lligams:

A Paleocene penguin from New Zealand substantiates multiple origins of gigantism in fossil Sphenisciformes. Gerald Mayr, R. Paul Scofield, Vanesa L. De Pietri, Alan J. D. Tennyson. Nature Communications 8, 1927 (2017).



Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

“Halszkaraptor escuilliei”, un teròpod predador aquàtic de fa 72 milions d’anys

A través d’una microtomografia de raigs X amb contrast de fase, obtinguda en les instal·lacions d’un sincrotró, un grup de paleontòlegs liderat per Andrea Cau, del Museu Geològic i Paleontològic Giovanni Capellini de Bolonya, ha pogut estudiar un especimen de maniraptor ben preservat sense haver-lo d’extraure de la roca matriu, portada des de Mongòlia i data d’uns 70-75 milions d’anys. Cau et al. descriuen a partir d’aquest especimen un nou gènere, Halszkaraptor i una nova espècie, Halszkaraptor escuilliei, i ho fan en un article que sotmeteren a la revista Nature el 21 d’agost. L’article fou acceptat l’1 de novembre i es publica avui, 6 de desembre. H. escuilliei era un predador aquàtic, de coll llarg, amb les extremitats anteriors adaptades a la natació.

Una reconstrucció de “Halszkaraptor escuilliei”

La radiació dels maniraptors durant el Cretàcic

Si diem que les aus són dinosaures no diem cap bestiesa. Dins dels dinosaures, podem adscriure-les als saurisquis, i dins dels saurisquis entre els teròpodes. Dels teròpodes, entrarien dins dels celurosaures. Els primers celurosaures sorgiren a final del Triàssic. Devien ésser omnívors, amb la capacitat de combinar la predació amb la capacitat de digerir materials vegetals. Els celurosaures compartien un sacre relativament llarg, una cua amb extrem rígid, una ulna arquejada i una tíbia més llarga que el fèmur.

En el Cretàcic, un dels llinatges de celurosaures, els maniraptors, experimentaren una notable radiació. Sorgiren grups amb característiques morfològiques associades a l’ocupació de nous nítxols ecològics. Alguns esdevingueren voladors i altres corredors. Alguns llinatges de maniraptors adquiriren grans dimensions. I si n’hi hagué de grans depredadors, també n’hi hagué de maniraptors herbívors. A final del Cretàcic, tota aquesta diversitat s’extingiria. Tota? No, tota no. Un llinatge de maniraptors, les aus, havia de sobreviure durant el Cenozoic i fins els nostres dies.

Un especimen de maniraptor ben conservat

L’especimen estudiat per Cau et al. procedeix de Mongòlia, d’una formació datada de fa 70-75 milions d’anys. Es tracta d’un fòssil ben preservat, i que no ha estat completament extret de la roca. La microtomografia permet un estudi estructural sense haver de fer manipulacions addicionals que posin en perill aquesta integritat.

Els trets esquelètics que han pogut observar mostren particularitats fins ara no descrites amb maniraptor no-avià del Cretàcic, però que sí són compartides per aus i altres rèptils de vida aquàtica o semi-aquàtica. Es tracta d’un llinatge fins ara desconegut, vinculat a la família dels dromeosàurids, i així Cau et al. el classifiquen com a espècie nova, Halszkaraptor escuilliei.

Halszkaraptor escuilliei era un maniraptor amfibi, quelcom que fins ara no s’havia descrit entre els maniraptors no-avians. H. escuilliei era un predador de coll llarg, amb unes extremitats anteriors amb funció natatòria. En general, recorda morfològicament a les aus aquàtiques.

Lligams:

Synchroton scanning reveals amphibious ecomorphology in a new clade of bird-like dinosaurs. Andrea Cau, Vincent Beyrand, Dennis F. A. E. Voeten, Vincent Fernandez, Paul Tafforeau, Koen Stein, Rinchen Barsbold, Khishigjav Tsogtbaatar, Philip J. Currie, Pascal Godefroit. Nature doi:10.1038/nature24679.

A dinosaur with an unusual skill set (Nature News).



Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

Els cromosomes de la sargantana “Acanthodactylus lineomaculatus” (Cariologia mediterrània, 48/2017)

[Des de fa 7 anys he anat fent col·laboracions setmanals al blog col·lectiu “Des de la Mediterrània“. Un canvi en la configuració de WordPress, impedeix continuar publicant-hi. Deixo, doncs, aquí el darrer article que havia preparat]

El passat mes d’abril comentàvem una recerca de Chumová et al. sobre les gramínies del gènere Anthoxanthum, i el mes de juliol ho fèiem sobre un estudi de Siljak-Yakovlev et al. quant a les asteràcies del gènere Reichardia. En tots dos casos tenia un rol central la citogenètica, orientada a l’obtenció del cariotip, és a dir el nombre i aparença dels cromosomes dels nuclis cel·lulars d’aquestes plantes. Aquesta informació els ajudava en la reconstrucció de la història evolutiva d’aquests gèneres botànics. En zoologia, el cariotipatge ha estat també, des de final del segle XIX, una tècnica auxiliar en la reconstrucció de les relacions filogenètiques. En comparació amb les plantes, l’evolució citogenètica dels animals és més conservadora. En els lacèrtids, la família que inclou les sargantanes o llangardaixos més típics, això és encara més cert i la majoria d’espècies tenen el mateix cariotip: 2n = 38. No obstant això, la informació citogenètica pot ésser d’utilitat en sistemàtica. En les planes de la revista Cytogenetic and Genome Research s’avança aquesta setmana un article d’investigadors d’Ancona i de Marràqueix exposa la caracterització citogenètica d’una població de sargantanes del litoral atlàntic del sud-est del Marroc pertanyents a l’espècie Acanthodactylus lineomaculatus. Aquesta espècie ha estat reclassificada recentment com un ecotip de A. erythrurus. Comptat i debatut, fins ara, d’A. erythrurus (= A. lineomaculatus) tan sols es tenien dades citogenètiques de dues localitats, una del centre d’Espanya i una altra de Melilla. Les dades de Giovanotti et al. mostren una sèrie de característiques diferenciadores d’aquesta població sud-marroquí.

Un exemplar de Acanthodactylus erythrurus, fotografiat a la regió de Madrid per Laura Collado i Javier Peraleda

Caracterització citogenètica d’individus d’Acanthodactylus lineomaculatus

Ettore Olmo és el responsable de Chromorep, una base de dades que inclou més de 2000 registres cariològics de rèptils. Olmo fa part del grup de citogenètica integrat en el Departament de Ciències de la Vida i de l’Ambient de la Università Politecnica delle Marche, amb seu a Ancona. En aquesta recerca concreta han participat, d’aquest grup, Massimo Giovannotti, Paola Nisi Cerione, Andrea Splendiani, A. Paoletti, el citat Olmo i Vincenzo Caputo Barucchi. Caputo Barucchi, el cap del grup, també és membre de l’Istituto de Scienze Marine Sezione Pesca Marittima, amb seu a Ancona.

Els altres coautors de l’estudi són els herpetòlegs Tahar Slimani i Adnane Fawzi, del Laboratori de Biodiversitat i Dinàmica d’Ecosistemes, de la Facultat Semlalia de Ciència de la Universitat Cadi Ayyad, de ⵎⵕⵕⴰⴽⵛ.

La sargantana cua-roja (Acanthodactylus erythrurus) es troba àmpliament distribuïda entre la Península Ibèrica i el nord-est d’Àfrica. Es troba preferentment en terrenys tous o sorrencs, en zones relativament eixutes i de poca vegetació. Fou descrita originàriament en el 1833 per Heinz Rudolf Schinz (1777-1861) com a Lacerta erythrura. En el 1834, Arend Friedrich August Wiegmann (1802-1841) separà del gènere Lacerta un grup d’espècies, inclosa L. erythrura, que designà com a gènere Acanthodactylus. Dins d’aquest gènere, en el 1839, André Marie Constant Duméril (1774-1860) i Gabriel Bibron (1805-1848), descrigueren dues espècies de sargantanes nord-africanes: A. vulgaris i A. lineomaculatus. En el 1845, John Edward Gray (1800-1875) descrigué una altra espècie nord-africana, A. belli. En el 1918, George Albert Boulenger (1858-1937) distingia dins de A. erythrurus dues subespècies, la peninsular i la marroquina (a la que denominà A. erythrurus atlanticus). A. belli seria després redefinida com una tercera subespècie, amb el nom d’A. erythrurus belli. Pel que fa a les diferències respecte d’A. lineomaculatus s’han reinterpretat recentment com una variant adaptativa (ecotip) de A. erythrurus.

Àrea de distribució de la sargantana cua-roja

D’acord amb aquesta interpretació al Marroc trobaríem, doncs, tres subespècies de sargantana cua-roja. A. erythrurus lineomaculatus es distribueix al llarg del litoral atlàntic, des de Tànger fins a Essaouira. A. erythrurus belli es troba distribuïda pel litoral mediterrani, però també en zones de l’interior. A. erythrurus atlanticus es troba en regions del pre-Atlas.

Sargantana cua-roja, fotografiada per Benny Trapp

En les bases de dades, tan sols apareixen dades citogenètiques per a A. erythrurus de dues localitats, una del centre d’Espanya i una altra de Melilla.

Giovannotti et al. aporten ara dades d’una tercera localitat, situada al sud del rang de distribució d’A. lineomaculatus.

Dades citogenètiques

En la base de dades de Chromorep, per a cada entrada s’informa de:
– 1) El nom científic.
– 2) El nombre cromosòmic diploide, incloent-hi el nombre de macrocromosomes i de microcromosomes, i entre els macrocromosomes els de dos braços (centròmer medial) i els de d’un de sol (centròmer distal).
– 3) El nombre total de braços cromosòmics (“el nombre fonamental”).
– 4) La localització de la regió organitzadora nucleolar (NOR). Aquesta localització pot fer-se a través de la detecció d’una constricció secundària (scNOR), pel mètode de tinció d’argent (AgNOR) o per hibridació in situ amb sondes d’ADN ribosòmic (rDNA).
– 5) Cromosomes sexuals, indicant si som davant d’un sistema XY (on la femella, XX, és el sexe homogamètic) o si som davant d’un sistema ZW (on el mascle, ZZ, és el sexe homogamètic). En els lacèrtids, el sistema de determinació sexual és ZW, de manera que el cromosoma W és el cromosoma sexual que determina el sexe femení.
– 6) Indicació de la tècnica utilitzada per visualitzar les bandes cromosòmiques: C, G, Q, R, RBG, Restrictasa, DAPI, cromomicina-G, FISH, Hoechst.
– 7) Referències bibliogràfiques.

En el cas que ens ocupa, A. lineomaculatus és considerat un ecotip de l’espècie A. erythrurus, adaptat a les condicions del litoral atlàntic nord-africà.

El nombre cromosòmic diploide és 2n = 38, que és altrament el típic de la majoria de lacèrtids.

Es detecten NORs actives en els telòmers d’un parell de cromosomes, però no pas cap NOR inactiva.

La tinció Giemsa (barreja de blau de metilè, eosina i azur B) revela un bandeig C (heterocromatina constitutiva) en el cromosoma W. El cromosoma W és intensament heterocromàtic, amb zones riques en AT (centròmer i regió telomèrica del braç llarg, Wq) i zones riques en GC (la major part del braç llarg, Wq). En el cromosoma W detecten una bona extensió de seqüències telomèriques intersticials (és a dir, regions de seqüències telomèriques situades, no pas en els telòmers, sinó dins del cromosoma) situades en les zones d’heterocromatina rica en GC.

Una especiació incipient

Si hom compara el cariotip descrit per Giovannotti et al. per a aquesta població del SO del Marroc d’A. lineomaculatus amb el cariotip descrit per a les poblacions espanyoles d’A. erythrurus, les diferències es troben bàsicament en el cromosoma W i en la localització de NOR.

NOR és la regió organitzadora del nuclèol, és a dir el sector cromosòmic a partir del qual es formarà en el nucli cel·lular aquesta estructura, el nuclèol, vinculada a la síntesi de ribosomes.

Del parell de cromosomes sexuals ZW, el cromosoma W és més petit i conté menys informació genètica. És present únicament en les femelles. La presència en la dotació cromosòmica de l’òvul del cromosoma Z o del cromosoma W determinarà si el zigot donarà lloc a un embrió masculí o femení.

El cromosoma W d’A. erythrurus erythrurus és cobert en bona mesura per seqüències riques AT, com mostra la seva tinció amb DAPI. Per contra, en el cromosoma W d’A. erythrurus lineomaculatus dominen les seqüències riques en GC.

Poden semblar diferències poc rellevants, però ja s’ha dit que els lacèrtids mostren una considerable conservació del cariotip. Les diferències en les regions del cromosoma W sense homologia en el cromosoma Z no tenen gaire impacte en la recombinació meiòtica. Però diferències en la localització de NOR en els cromosomes autosòmics sí la poden començar a tindre si són prou rellevants. Per això, Giovannotti et al. creuen que les diferències en el cariotip d’A. erythrurus lineomaculatus suggereixen una especiació incipient. El relatiu aïllament genètic d’A. erythrurus lineomaculatus, propiciat per la biogeografia i les diferències d’hàbitat promouen l’acumulació de canvis cromosòmics que, eventualment, poden conduir a un aïllament efectiu a través de la impossibilitat de generar híbrids fèrtils.

Lligam:

Cytogenetic Characterization of a Population of Acanthodactylus lineomaculatus Duméril and Bibron, 1839 (Reptilia, Lacertidae), from Southwestern Morocco and Insights into Sex Chromosome Evolution. M. Giovannotti, P. Nisi Cerioni, T. Slimani, A. Splendiani, A. Paoletti, A. Fawzi, E. Olmo, V. Caputo Barucchi. Cytogenet. Genome Res. (2017) doi: 10.1159/000484533.

Chromorep: A Reptiles Chromosomes Database.



Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

1I/ʻOumuamua, el primer asteroide hiperbòlic mai detectat

El telescopi Pan-STARRS detectà a partir del 19 d’octubre passat un objecte que Robert Weryk identificà com un cometa. Allò remarcable era el caràcter hiperbòlic de la seva trajectòria. Hom considera hiperbòlica aquella trajectòria que segueix una excentricitat major a 1. Aquest objecte la depassa amb escreix, superant les xifres de C/1980 E1 (1,057). L’objecte descobert per Weryk va rebre inicialment la identificació de C/2017 U1 (PANSTARRS). La denominació de “C” indicava el seu caràcter de cometa no-periòdic. Però això fou revisat una setmana més tard, en descartar-se que fos un cometa, i per això passà a la denominació provisional de A/2017 U1. Després de 29 dies d’observacions, l’excentricitat era estimada en 1,20. Les xifres justificaven, doncs, que hom el considerés dins de la nova categoria de “asteroides interestel·lars”. Per això ha rebut el nom definitiu de 1I/ʻOumuamua. ʻOumuamua és el nom d’una divinitat hawaiana que fa de missatger del passat. L’1 de novembre del 2017, Karen J. Meech et al. trameteren una lletra a la revista Nature sobre les dades d’aquest objecte. La lletra fou acceptada per a publicació el 10 de novembre, i ara s’ha publicat.

L’òrbita hiperbòlica de 1I/2017 U1 i la seva posició el 19 d’octubre del 2017

El planeta 1I/2017 U1: el primer d’una nova classe

En l’actualitat hi ha catalogats uns 750.000 asteroides i cometes, tots ells del Sistema Solar, car no existeixen mitjans per a identificar petits planetes en altres sistemes estel·lars. Hom dóna per fet que tots aquests “planetes menors” es van formar en la nebulosa que donà lloc al Sol i als planetes majors. Els models actuals sobre l’evolució del Sistema Solar suposen que els planetes gegants han realitzat migracions orbitals. Aquestes migracions produïren pertorbacions gravitatòries que expulsaren una fracció dels planetes més petits (els planetèsims) cap a l’exterior del Sistema Solar o que, fins i tot, en duria una part a quedar directament fora del Sistema Solar, és a dir fora de l’acció gravitatòria del Sol.

L’ejecció de cossos del Sistema Solar és un fenomen rar, però no desconegut. Abans del 1977, el cometa C/1980 E1 orbitava al voltant del Sol amb un període certament llarg, de 7,1 milions d’anys, que el duia a fer un afeli de 74.300 UA (=1,17 anys-llum), però de totes maneres era vinculat al Sistema Solar. El 9 de desembre del 1980, el cometa C/1980 E1 passà a tan sols 0,228 UA de Júpiter, la qual cosa accelerà la seva trajectòria fins a dur-la a la hiperbolicitat. El cometa C/1980 E1 és destinat, doncs, a abandonar el Sistema Solar.

D’aquí a uns milions d’anys, el cometa C/1980 E1 entrarà en l’espai interestel·lar i se sumarà als nuclis cometaris que hi resideixen. Algunes estimacions evaluen la densitat de nuclis cometaris en l’espai interestel·lar de 2,4·10-4 au-3. Així seria un nucli cometari per cada 4170 unitats astronòmiques cúbiques. Això explicaria, doncs, que hom no hagi detectat gaires cometes o asteroides en trajectòries hiperbòliques.

En la seva lletra, Meech et al. forneixen dades de l’objecte A/2017 U1 que indiquen:
– no es tracta d’un cometa. En el seguiment que han fet, malgrat que A/2017 U1 ha arribat a 0,25 UA del Sol, no ha desenvolupat ni cabellera ni cua. Així doncs, es tracta d’un asteroide, amb una superfície relativament desproveïda de materials volàtils.
– les mesures espectroscòpiques parlen d’una superfície similar a la de cometes o asteroides rics en matèria orgànica.
– l’observació de la corba de llum és la pròpia d’un objecte molt elongat. Si hom assum un albedo de 0,04, es tractaria d’un objecte amb un radi mitjà de 102 m, però recordant que l’eix major és 10 vegades superior a l’eix menor. Hi ha ben pocs objectes del Sistema Solar que presenti aquest grau d’elongació.

La reclassificació de l’objecte com a I (“interestel·lar”) fa que passi a dir 1I/2017 U1. Si substituïm la denominació provisional, ens queda una denominació definitiva de 1I/‘Oumuamua

El fet d’haver detectat un asteroide interestel·lar, a parer de Meech et al., ens hauria de fer revisar a l’alça les estimacions sobre la densitat d’objectes interestel·lars. En aquest sentit, prediuen que la millora en els instruments de detecció d’asteroides probablement conduirà a la identificació de nous objectes interestel·lars: 2I, 3I, etc.

Crònica d’una descoberta

L’objecte fou detectat inicialment per Robert Weryk en imatges obtingudes el 19 d’octubre del 2017 pel telescopi Pan-STARRS, localitzat en l’Observatori de Haleakala, a Hawaii. Amb dos dies de seguiment, hom ja podia calcular la seva posició, a 0,2 UA de la Terra, i la seva trajectòria. El caràcter elevadament hiperbòlic de la trajectòria d’aquest pressumpte cometa el feu objecte immediat d’atenció. En no detectar-hi en els dies següents cap activitat cometària, hom el reclassificà com a asteroide. Sigui dit de passada, és la primera vegada en la història astronòmica que un cometa és redesignat com a asteroide.

El 25 d’octubre del 2017, des del William Herschel Telescope, al Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma, Canarias) es registrava l’espectre de l’objecte. Es tractava d’un objecte rogenc, de l’estil dels objectes transneptunians. No s’hi detectaven característiques superficials. Si hom assum un albedo de 0,1, el diàmetre seria de 160 m, i si hom assum un albedo inferior, de 0,04, seria de 200 m.

Aquestes dades i les d’altres observatoris han permès estimar un període orbital de 8,1 hores. La forma elongada de l’objecte permetria descriure’l com un el·lipsoide de 180 x 30 x 30 metres.

El 26 d’octubre del 2017, hom trobà en dues imatges del Catalina Sky Survey el mateix objecte amb data del 14 i del 17 d’octubre. Això elevava l’arc d’observació a dues setmanes i confirmava la trajectòria fortament hiperbòlica.
A final d’octubre, l’objecte havia davallat a una magnitud aparent de 23.

La reconstrucció d’una trajectòria

1I/ʻOumuamua fou caçat pel PANSTARRS quan era ja en trajectòria de sortida. El periheli s’hauria produït el 9 de setembre del 2017, quan l’objecte assolí una velocitat màxima heliocèntrica de 87 km/s. La màxima aproximació a la Terra s’hauria produït el 14 d’octubre, assolint una distància mínima de 0,1616 UA. Devers el 19 d’octubre, la velocitat s’havia frenat fins a 46 km/s.

Un cometa de trajectòria el·líptica arriba a un moment de l’òrbita en la qual la velocitat heliocèntrica s’anul·la: és el punt de l’afeli,
passat el qual tornarà a “caure”. No és el cas de 1I/ʻOumuamua. En aquest cas, la velocitat mínima respecte del Sol no serà de 0, sinó de 26 km/s.

Fa 100 anys, 1I/ʻOumuamua es devia trobar a 561 UA del Sol. La seva velocitat heliocèntrica llavors devia ésser també de 26 km/s. El 1982,
1I/ʻOumuamua havia patit un mínim accelerament (26,5 km/s) i es trobava a 200 UA. De tots els objectes coneguts del Sistema Solar, no n’hi ha cap a 200 UA que hagi depassat una velocitat heliocèntrica de “caiguda” de 5 km/s.

Si reconstruïm la trajectòria d’entrada de 1I/ʻOumuamua ens trobem que l’objecte provindria de la constel·lació de la Llira. Aquesta posició no és gaire lluny de l’àpex solar, situat a la veïna constel·lació d’Hèrcules. L’àpex solar és el punt de l’esfera celeste al qual es dirigeix el Sol en el seu moviment propi. És lògic, doncs, que els asteroides interestel·lars provinguin d’aquesta zona de l’espai.

L’absència de substàncies volàtils en la superfície planetària indica que aquest objecte es devia formar en la regió exterior del seu sistema estel·lar d’origen. Cal pensar que fou ejectat després d’un encontre gravitatori amb un planeta gegant d’aquell sistema. El més probable que el Sistema Solar hagi estat el primer sistema estel·lar que ha creuat d’ençà de la seua remota ejecció fa milers de milions d’anys.

Hein et al. han proposat el Projecte Lyra consistent en l’enviament d’una sonda que visiti 1I/ʻOumuamua. És clar que això requerirà l’enviament d’una nau que haurà d’assolir velocitats hiperbòliques de 33-76 km/s, amb una finestra d’enviament de 5-10 anys, i una durada de missió que podria arribar als 30 anys.

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

Ross 128b: una exo-Terra temperada a 3,4 parsecs

Astrònoms de la Universitat de Grenoble (X. Bonfils, T. Forveille, X. Delfosse, A. Wünsche), de l’Observatori de Ginebra (N. Astudillo-Defru,
J.-M. Almenara, F. Bouchy, C. Lovis, M. Mayor, F. Pepe, D. Ségransan, S. Udry), de la Universitat de Buenos Aires (R. Díaz), l’Institut d’Astrofísica de Canàries (F. Murgas) i de la Universitat de Porto (N. C. Santos) publiquen a la revista Astronomy & Astrophysics un article on reporten l’existència d’un planeta en òrbita de l’estel Ross 128, un nan vermell situat a 3,4 parsecs (= 1,0·1017 m; 11 anys-llum) del nostre Sistema Solar. El catàleg de Frank Elmore Ross aplega estels amb un moviment propi elevat, situats en el veïnat estel·lar més immediat. De fet, Ross 128 és el 12è en la llista d’estels coneguts més propers al Sol. Bonfils et al. l’inclogueren en la seva llista d’estels M situats a no pas més de 5 parsecs del Sol dels que volien prendre mesures precises de velocitat radial. És a través d’oscil·lacions periòdiques en la velocitat radial de Ross 128, mesurades aquest estiu, que deduïren la presència d’un planeta de 1,35 masses terrestres (=8,07·1024 kg) amb un període orbital de 9,9 dies (=8,6·105 s). En aquesta òrbita, Ross 128b rep un flux estel·lar un 38% superior al que rep la Terra del Sol, amb la qual cosa es trobaria en el límit interior de la “zona habitable”, amb una temperatura d’equilibri estimada entre 213 i 269 K. Per bé que els nans vermells són estels generalment donats a flamarades, sembla que Ross 128 té una activitat magnètica feble, cosa que fa probable que Ross 128b retingui atmosfera. Bonfils et al.
, de fet, l’inclouen en la llista d’objectius dels futurs telescopis extremadament grans (ELTs, en l’acrònim anglès) que seran capaços d’estudiar químicament aquestes atmosferes exoplanetàries. Ross 128b no és la exo-Terra més propera coneguda, ja que Proxima Centauri b (descoberta l’any passat) és a tan sols 1,3 parsecs. La temperatura d’equilibri de Proxima Centauri b no és gaire diferent de la de Ross 128b, però Ross 128 compta com a “estel tranquil” cosa que no s’esdevé amb Proxima Centauri.

Així imagina, Ross 128b, il·luminat per Ross 128, M. Kornmesser

Ross 128, altrament coneguda com a Proxima Virginis

El febrer del 1926, Frank E. Ross publicava la segona llista d’estels amb moviment propi. L’entrada 128 corresponia a un estel de la constel·lació de la Verge. D’ací el nom de Ross 128. Altres designacions del mateix estel són FI Virginis, G 010-050, GCTP 2730, GJ 447, HIP 57548, LHS 315, Vyssotsky 286, LTT 13240, LFT 852, LSPM PM I11477+0048. La denominació de Proxima Virginis indica que és l’estel conegut més proper d’aquesta constel·lació.

El moviment propi és considerable: 0,60718 arcsegons per any en ascensió recta i -1,22269 arcsegons per any en declinació. S’ha desplaçat prou respecte de les coordenades del 2000: 11h47m44,3974s i +00º48’16,395”. La velocitat radial s’estima en -31 km/s, és a dir que s’acosta al nostre Sistema Solar. De fet, es calcula que d’ací a 70.000 anys arribarà a una distància mínima del Sol de 6 anys-llum:

Ross 128 és considerat un estel de flamarada perquè en el 1972 Lee & Hoxie observaren un augment en lluminositat en la banda UV U de mitja magnitud durant gairebé una hora. Una flamarada en cinquanta anys tampoc no és una taxa gaire considerable, tot s’ha de dir.

D’acord amb l’espectre, és classificat com un estel M4 V. Hom li calcula una massa de 3,34·1029 kg (0,168 masses solars), un radi del 20% del nostre Sol i una temperatura superficial de 3192 K. Segueix un cicle magnètic de 4,1 anys i el seu període de rotació és de 165,1 dies. D’acord amb la seva metal·licitat, se li calcula una edat de 9450 milions d’anys, gairebé el doble de l’edat del nostre Sol.

Fa uns mesos, Ross 128 aparegué en les notícies arran d’observacions d’Abel Mendez.

Dades de l’espectrògraf HARPS

L’espectrògraf HARPS

HARPS és un recercador de planetes basat en la mesura acurada de velocitats radicals d’estels. Fou instal·lat en el telescopi de 3,6 m de l’Observatori Euro-Xilè de La Silla en el 2002. Entrà en funcionament el febrer del 2003 i des de llavors ha descobert un gran nombre d’exoplanetes. Bonfils et al. han basat el seu estudi en 157 observacions de Ross 128 realitzades per HARPS des del 26 de juliol del 2005 al 26 d’abril del 2016.

Les dades les han complementandes amb observacions dels projectes fotomètrics ASAS i K2. L’ASAS recull dades de Ross 128 que cobreixen nou anys. La missió K2 observà Ross 128 durant 82 dies en la seva primera campanya. Gràcies a aquestes dades, Bonfils et al. han pogut refinar el valor del període de rotació de Ross 128.

Les fluctuacions de velocitat radial assenyalen l’existència d’un període de 9,9 dies, que Bonfils et al. interpreten com el resultat del període orbital d’un planeta, Ross 128b.

Ross 128b

Bonfils et al. estimen que la massa d’aquest planeta seria un 35% superior al de la Terra. El període orbital l’estimen en 9,86 dies. La distància a l’estel seria de 0,049 unitats astronòmiques. Com que Ross 128 és 280 vegades menys lluminós que el Sol, i com que Ross 128 b es troba 20 vegades més a prop de Ross 128 que no pas la Terra ho és del Sol, es calcula que Ross 128 b rep una energia estel·lar un 38% superior al que rep la Terra.

La temperatura d’equilibri de Ross 128 b no dependria úinicament d’aquest flux energètica sinó també del seu albedo. Si tingués un albedo reduït, de 0.1, la temperatura seria de 294 K. Si tingués un albedo intermedi, com el de la Terra (0,367), la temperatura d’equilibri seria de 269 K. Per contra, si tingués un albedo elevat, com el de Venus (0,750), la temperatura d’equilibri seria més reduïda, de 213 K. Bonfils et al.
consideren que Ross 128b seria un planeta temperat, situat potser en el límit interior de la zona “habitable” de Ross 128.

Ross 128b com a diana de futures observacions

Degut a l’orientació del seu pla orbital respecte del nostre, no podem observar trànsits de Ross 128b sobre Ross 128 des de la Terra. L’espectroscopia de trànsit podria oferir dades sobre l’existència i composició d’atmosfera, però no es podrà aplicar doncs a Ross 128.

Per a planetes propers, però, podria haver-hi una alternativa basada en els telescopis de nova generació. Ross 128b assoleix una elongació màxima de Ross 128 de 0,015 arcsegons. Aquesta separació seria resoluble amb un telescopi de 39 metres d’obertura. Fins que no disposem d’aquesta mena d’instruments, no podrem saber si Ross 128b compta o no amb atmosfera i, en cas afirmatiu, si presenta signes d’inestabilitat atribuïbles a processos bioquímics.

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

L’autoreplicació dels pipolins: una ADN polimerasa B que no requereix encebador

Les polimerases d’ADN són enzims que catalitzen la incorporació de mononucleòtids a cadenes d’àcid desoxirribonucleic. Participen, doncs,
en la replicació de l’ADN, però també en processos de reparació i de recombinació. Se n’han descrit diverses famílies d’aquests enzims: A,
B, C, D, X, Y, RT. La família B de polimerases inclou les que s’encarregueren de la replicació dels genomes d’arqueons i d’eucariotes, tot i que participen també en processos de reparació d’aquests organismes i de bacteris. En les funcions replicatives les ADN polimerases B requereixen un encebador d’ARN o d’ADN, a partir del qual poder iniciar reaccions d’elongació d’una cadena d’ADN. Aquest encebador extern en alguns casos pot ser substituït per una proteïna terminal. No obstant, un grup d’investigadors encapçalat per Modesto Redrejo-Rodríguez, del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” del CSIC, descriuen un tercer cas d’ADN polimerases B en les quals no és necessari encebador. Tal com expliquen en un article a Cell Reports, la síntesi d’ADN independent d’encebador és catalitzada per una ADN-polimerasa de la família B en l’autoreplicació d’un grup d’elements genètics mòbils conegut com a pipolins.

Electroforesi en gels d’agarosa que mostra la capacitat de síntesi d’ADN per l’enzim piPolB en abspència d’encebador

La família B d’ADN polimerases

Aquesta recerca fou concebuda per Modesto Redrejo-Rodríguez, del Centro Severo Ochoa del CSIC. En la investigació participaren altres membres d’aquest centre: Carlos D. Ordóñez, Mónica Berjón-Otero (ara en el Max Planck de Heidelberg), Juan Moreno-González i Cristian Aparicio-Maldonado (ara en la Universitat Tecnològica de Delft). També participà Mart Krupovic, de l’Institut Pasteur. Redrejo-Rodríguez i els seus companys són membres del laboratori de Margarita Salas, que participà en la redacció de l’article juntament amb Redrejo-Rodríguez i Krupovic. El text original fou enviat el 10 de març del 2017. Donada la dimensió de les afirmacions, seguí un procés de resposta als reviros, en el qual participà també Patrick Forterre, de l’Institut Pasteur. En la forma revisada fou lliurat a Cell Reports el 19 de setembre, que l’acceptà l’11 d’octubre, publicant-lo avui 7 de novembre.

Fins ara la família B d’ADN polimerases era distribuïda en dos grans grups:
– les que utilitzen com a encebador ARN (substituïble en alguns casos per ADN), les rPolB.
– les que utilitzen com a encebador una proteïna terminal, les pPolB.

Aquests dos grups no sols tenen una base funcional sinó també filogenètica. Les rPolB són bàsicament replicases, és a dir enzims que catalitzen la còpia acurada i eficient de genomes cel·lulars i virals. Les pPolB són exclusives d’elements genètics mòbils i de virus de genomes lineals inferiors a 50 kb, com el Φ29.

Les pPolB presenten dos subdominis característics:
– TRP1 és el domini d’interacció amb la proteïna terminal (proteïna encebadora).
– TRP2 és el domini que permet a la polimerasa la processivitat i la capacitat de desplaçament.

Les aplicacions biotecnològiques de la pPolB del bacteriòfag Φ29 han estimulat la recerca de pPolB. Hom ha vist que diversos elements genètics mòbils en fan ús, com és el cas dels Polintons o Mavericks, o el dels casposons, als qui confereixen capacitat autosintètica o autoreplicativa.

Redrejo-Rodríguez et al., cercant altres exemples de pPolB han topat amb una superfamília fins ara desconeguda d’elements genètics mòbils, als que denominen “pipolins”. Els pipolins són presents en un ventall de bacteris i en mitocondris (al capdavall, el genoma mitocondrial és una forma derivada d’un genoma bacterià). Redrejo-Rodríguez et al. han fet la caracterització bioquímica del pPolB d’un pipolí d’Escherichia coli. En trobar que aquest enzim és capaç de fer síntesi d’ADN de novo, sense encebador, proposen classificar-lo en una tercera categoria dins de la família B: les piPolB. És d’aquesta denominació que han extret el nom de “pipolí”.

Una recerca de pPolB en les bases de dades genètiques

Redrejo-Rodríguez et al. partiren d’una recerca sobre els genomes bacterians coneguts emprant la seqüència d l’enzim pPolB del bacteriòfag Bam35. Centraren l’atenció en seqüències que mantenien els dominis TRP1 i TRP2, però que tan sols mantinguessin una identitat de seqüència del 16-20% amb Bam35-pPolB. En trobaren en plàsmids i en bacteris de diversos grups (firmicutes, actinobacteris i proteobacteris).

La replicasa de E. coli 3-373-03-S1_C2

Redrejo-Rodriguez et al. clonaren el gen corresponent a la piPolB d’un pipolí d’Escherichia coli. N’estudiaren les activitats sintètica i degradativa. En absència de dNTPs, l’activitat enzimàtica és d’exonucleolísi, però quan s’afegeixen aquests substrats, l’enzim passa a polimeritzar. L’activitat replicasa és eficient i fidel.

Fou en assaigs sobre encebament, que Redrejo-Rodríguez et al. detectaren que la piPolB era capaç d’ADN síntesi sense encebador proteic o nucleic. És cert que en altres famílies d’ADN polimerases trobem enzims que no requereixen encebadors, les anomenades primases, que són les que generen els encebadors per a les replicases eficients. No obstant, piPolB es diferencia de les primases canòniques en el fet que és capaç d’iniciar la síntesi d’ADN amb independència de la seqüència de la cadena motllo: les primases canòniques comencen sempre en seqüències “origen” específiques.

Un rol beneficiós de piPolB en Escherichia coli

Redrejo-Rodríguez et al. estudien cultius d’E. coli Bl21(DE3) que contenen pipolí i expressen l’enzim piPolB. L’expressió d’aquest enzim protegeix els bacteris d’agents genotòxics com la mitomicina C i la radiació ultraviolada. Suposen que l’activitat primasa de l’enzim piPolB contribueix als mecanismes de reparació d’ADN.

Pipolins i piPolB

La comparació filogenètica entre ADN-polimerases de la família B, indica que les piPolB suposen una tercera agrupació a banda de pPolB i de rPolB. La filogènia de les piPolB segueix en bona mesura la filogènia dels bacteris que hostatgen els respectius pipolins, cosa que indicaria una coevolució entre pipolins i bacteris hostes.

Si bé una part important dels pipolins es troben integrats en el genoma bacterià, d’altres es troben en forma de plàsmids. També hi ha pipolins en plàsmids de mitocondris. Com que els primers mitocondris devien aparèixer fa uns 2000 milions d’anys, cal pensar que els pipolins són encara més antics.

Les aplicacions biotecnològiques de piPolB

Redrejo-Rodríguez et al. pensen en la possibilitat d’emprar piPolB en processos d’amplificació genòmica independents d’encebador. Activitats de la piPolB com el desplaçament de cadena (exonucleasa) i la polimerització fidel i processiva en serien l’ingredient. L’enzim piPolB podria utilitzar-se com a enzim únic en formulacions d’amplificació genòmica a partir d’una sola còpia (d’una sola cel·lula).

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

L’orangutan de Tapanuli (“Pongo tapanuliensis” sp. nov. Nurcahyo, Meijaard, Nowak, Frediksson & Groves)

En el 1997, una expedició al Districte de Batang Toru, a la Regència de Tapanuli Sud, en l’illa de Sumatra, descrigué una població d’orangutans. Situada en l’extrem sud de l’actual radi de difusió de l’orangutan de Sumatra, aquesta població es trobava relativament isolada. El novembre del 2013, habitants de Sugi Tonga feriren en el bosc un orangutan mascle adult, que es moria poc després. El cadàver fou lliurat a les autoritats, que en conservaren l’esquelet al Museum Zoologicum Bogoriense sota el número de registre MZB39182. Les característiques cranianes s’apartaven del rang esperat en l’orangutan de Sumatra (Pongo abelii). El març del 2014, es realitzà una nova expedició per estudiar la població d’orangutans del bosc de Batang Toru. Sota la direcció de Michael Krützen, un grup d’investigadors encapçalats per Alexander Nater, Maja P. Mattle-Greminger, Anton Nurcahyo o Matthew G. Nowak estudiaren les dades anatòmiques, etològiques i genòmiques de l’orangutan de Tapanuli. Nurcahyo, Meijaard, Nowak, Frediksson & Groves proposen classificar-lo com a espècie diferenciada,
Pongo tapanuliensis, i ho fan a través d’un article que apareixia aquesta setmana a la revista Current Biology.

Una femella d’orangutan de Batang Toru, fotografiada per Tim Laman el març del 2014

La taxonomia de l’orangutan

Els habitants de Sumatra i Borneo utilitzen més aviat els mots “maia” o “mawa”. El mot d’orang-utan vol dir realment “home de la selva”
i és motiu de discussió com aquest mot va acabar en la literatura científica europea a través de Jacobus Bontius (1631) i de Nicolaes Tulp (1641). En el 1760, Linné l’incloïa com a espècie única dins de la llista de grans simis. En el 1799, el comte de Lacépède defensà la creació del gènere Pongo per incloure aquesta espècie única d’orangutans. En el 1827, René Lesson proposava reconèixer com a subespècies diferents l’orangutan de Sumatra i l’orangutan de Borneo. En el 2001 hom optà per diferenciar dues espècies: l’orangutan de Borneo (Pongo pygmaeus) i l’orangutan de Sumatra (Pongo abelii).

Orangutans de Sumatra al sud del Llac Toba

L’àrea de distribució de l’orangutan de Sumatra se circumscriu al nord de l’illa, amb el llac Toba en l’extrem sud. De totes formes, al sud del llac Toba hom ja havia descrit la presència de poblacions abans del 1939. En el 1997, com hem dit, hom trobà una població d’orangutans a Batang Toru, ben al sud del Llac Toba. La primera descripció d’aquesta població es va fer a Tapanuli Sud, però després hom l’ha trobat en els districtes de Tapanuli Centre i de Tapanuli Nord. El novembre del 2013, prop de Sugi Tonga (Marancar, Tapanuli Sud), dins del Bosc de Batang Toru, un veí ferí mortalment un orangutan mascle adult. L’estudi de l’esquelet d’aquest individu motivà una expedició el març del 2014, en el decurs de la qual, ja dins del districte de Tapanuli Nord, Tim Laman fotografià diversos exemplars, mascles i femelles.

Les dades morfomètriques

Nater et al. compararen les restes òssies de MZB39182 amb restes òssies de 33 orangutans adults masculins. L’espècimen de Tapanuli destacava en una major amplada de l’ullal superior, un tub timpànic més curt, una articulació temporomandibular més curta i moltes altres característiques cranianes.

En termes generals, el crani de MZB39182 és significativament més petit al de qualsevol crani conegut d’orangutans del mateix estadi de desenvolupament. De 39 mesures craniomètriques, n’hi ha 24 que el deixen foran dels rangs interquartílics tant de Pongo abelii com de P. pygmaeus. Una anàlisi de components principals de 26 mesures cranio-mandibulars el situa de manera consistent fora d’aquestes dues espècies.

La morfologia externa de l’orangutan de Tapanuli és més similar a P. abelii que P. pygmaeus pel que fa a la gracilitat i al color canyella del pelatge. El pelatge, però, és més rinxolat.

Les dades comportamentuals

La crida llarga del mascle de l’orangutan de Tapanuli és d’una freqüència màxima superior a la dels orangutans del nord.

Les dades genòmiques

Nater et al. han estudiat el genoma complet de 37 orangutans de diverses procedències. Amb aquestes dades han modelitzat els llinatges evolutius, els nivells de flux genètic i l’antiguitat de l’aïllament genètic entre llinatges. L’anàlisi de components principals indica en el primer component la divergència entre els orangutans de Borneo i de Sumatra, però el segon component assenyala la separació de les tres espècies postulades de P. pygmaeus, P. abelii i P. tapanuliensis.

Segons les dades de Nater et al., els orangutans haurien arribat a Sumatra quan aquesta formava amb Borneo una gran illa, Sundaland, creuant el braç de mar que la separaria de l’Àsia continental. La zona del Llac Toba n’hauria estat el punt d’entrada. P. tapanuliensis seria la descendent directa d’aquesta població fundadora, i a partir d’ella es colonitzarien les altres àrees.

La separació entre els llinatges de P. tapanuliensis i de P. abelii s’hauria produït fa uns 3,4 milions d’anys. Després d’aquesta separació s’hauria mantingut, però, un flux genètic. Aquest flux genètic, però, hauria patit una reducció fa uns 100.000 anys, que podria vincular-se a una de les super-erupcions del volcà Toba (de fa 73.000 anys). La interrupció de flux genètic hauria arribat a ser total fa uns 20.000 anys, i ara encara es veu reforça per la pèrdua de l’habitat forestal.

Els orangutans són fortament matrilocals o, dit d’una altra manera, les femelles segueixen una forta filopàtria, que les fa quedar-se prop del lloc d’origen. Així, el flux genètic entre poblacions el medien bàsicament els mascles. Això explica la disparitat entre els llinatges materns que determina l’ADN mitocondrial i els llinatges paterns que determina el cromosoma Y. Mitocondrialment, P. tapanuliensis divergeix de P. abelii fa 3,97 milions d’anys, i divergeix de P. pygmaeus fa 2,41 milions d’anys. En canvi,
els llinatges masculins de les tres espècies d’orangutans mostren una coalescència recent, d’uns 430.000 anys.

La distribució

P. tapanuliensis viu en un petit nombre de àrees boscoses de Tapanuli, situades entre 300 i 1300 m per amunt del nivell del mar. L’àrea total de distribució seria d’uns 1000 km2, amb una població que no arribaria als 800 individus.

Les principals amenaces externes són la construcció de carreteres, la deforestació il·legal, la cacera i els conflictes amb els humans en les zones agroforestals de límit entre els cultius i el bosc. Un projecte hidroelèctric podria tindre un impacte en el 8% de l’hàbitat disponible, i tallar la connexió entre la zona oriental i l’occidental.

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

L’economia comportamentual (Richard H. Thaler; Premi Nobel d’Economia 2017)

Avui la Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi del Banc Nacional Suec en Memòria d’Alfred Nobel de l’any 2017 a Richard H. Thaler “per les seues contribucions a l’economia comportamentual“.

Richard H. Thaler

Richard H. Thaler (*East Orange, NJ, 12.9.1945) va estudiar a la Newark Academy, es va graduar a la Case Western Reserve University (1967). Es doctorà a la University of Rochester el 1974, amb la tesi “El valor de salvar una vida: una estimació de mercat”, realitzada sota la supervisió de Sherwin Rosen. Entre el 1978 i el 1995 fou professor a la Johnson Graduate School of Management. El 1995 passà a l’Escola de Negocis de la Universitat de Chicago, ocupant la càtedra Ralph and Dorothy Keller de Ciència i Economia Comportamentuals. És considerat un dels teòrics fundacional de les finances comportamentuals.

L’economia comportamentual

Si l’economia clàssica es fonamenta en la racionalitat dels subjectes, l’economia comportamentual s’adreça aquesta racionalitat des del punt de mira de les limitacions del comportament humà. La racionalitat humana s’aparta demanera sistemàtica de la racionalitat perfecta. En el 1980, Richard Thaler exposava les bases d’una teoria positiva de l’elecció dels consumidors. Ja abans de Thaler, la teoria del consumidor combinava aspectes normatius (basats en la maximització de la racionalitat del consumidor) i positius (que cerquen la descripció del comportament del consumidor). Thaler posava èmfasi en biaixos racionals com la subestimació dels costos de les oportunitats, l’elusió d’eleccions per evitar lamentar-se de les decisions o els prejudicis.

La psicologia humana s’allunya de la racionalitat perfecta en tres aspectes:
– les limitacions cognitives, o racionalitat restringida.
– els problemes d’autocontrol.
– les preferències socials.

Les limitacions cognitives

L’efecte de la dotació és el terme emprat per Thaler (1980) per referir-se a la tendència dels individus de valorar a l’alça els béns en la seva possessió. L’efecte de la dotació es relaciona amb l’aversió a la pèrdua.

Thaler (1985) desenvolupà un nou model de comportament del consumidor emprat un híbrid de psicologia cognitiva i microeconomia. El punt de partida era la codificació mental de les combinacions de guanys i pèrdues. D’això en resulta una avaluació de compres segons la “utilitat de transacció”. Aquesta teoria de la comptabilitat mental explicaria els processos pressupostaris informals dels consumidors. Les limitacions cognitives són enfrontades pels consumidors a través de la simplificació sistemàtica de l’ambient econòmic, bo i acceptant que les decisions preses siguin subòptimes en relació amb una racionalitat perfecta.

Els problemes d’autocontrol

Fins i tot acceptant la capacitat de prendre decisions racionalment òptimes, els agents econòmics presenten problemes d’autocontrol per a dur-les a terme. Així Thaler & Shefrin (1981) exposaven una teoria econòmica d’autocontrol. L’individu o organització pot ésser, en diferents moments, un planificador previsor o un executor miop. Aquest conflicte entre planificador i executiu pot desenvolupar-se de manera paral·lela al conflicte entre propietaris i gestors d’una companyia.

Thaler & Sunstein (2003), especialment a partir de la teoria econòmica de control, postulaven un “paternalisme llibertari”, en la qual les polítiques no-coercitives s’orientin a forçar la població a prendre millors decisions econòmiques.

Les preferències socials

El comportament econòmic dels individus es veu afectat per les preferències socials davant conceptes com la justícia o l’equitat. Alhora, aquestes preferències socials individuals també tenen una plasmació en el comportament col·lectiu. Thaler treballà aquesta qüestió en les “finances comportamentuals”, amb la participació múltiple d’investors i reguladors.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

La microscopia crioelectrònica (Dubochet, Frank, Henderson; Premi Nobel de Química, 2017)

Avui la Reial Acadèmia Sueca de Ciència ha fet pública la concessió del Premi Nobel de Química a Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson “pel desenvolupament de la microscopia crioelectrònica per a la determinació d’alta resolució de l’estructura de biomolècules en solució“.

Jacques Dubochet

Jacques Dubochet (*Aigle, Vaud, 8.6.1942) es va doctorar en biofísica amb una tesi defensada en el 1973, elaborada entre les universitats de Ginebra i de Basilea sota la supervisió d’Eduard Kellenberger. Treballà en l’EMBL de Heidelberg en la vitrificació d’aigua per a la microscopia electrònica, de manera que fos possible l’observació de solucions biològiques (Dubochet & McDowall, 1981; Dubochet et al., 1982). Les contribucions de Dubochet posaren la base de la microscopia crio-electrònica, aplicada a l’estudi d’estructures biològiques com complexos proteics o partícules víriques en solució aquosa. Entre el 1987 i el 2007 fou professor de la Universitat de Lausanna, on dirigí el Laboratori d’Anàlisi Ultrastructural (LAU) i el Centre de Microscopia Electrònica.

Joachim Frank

Joachim Frank (*Siegen, 12.9.1940) es va graduar en física a la Universitat de Freiburg (1963). Va fer un mestratge sota la supervisió de Walter Rollwagen en la Universitat Ludwig Maximilian de Munic, amb un treball sobre l’emissió d’electrons secundaris de l’or en el punt de fusió (1967). Va fer la tesi doctoral en el laboratori de Walter Hoppe en el Max Planck Institut für Eiweiss- und Lederforschung amb l’aplicació de mètodes de reconstrucció en l’obtenció d’electromicrografies, que defensà reeixidament el 1970. Va fer estades postdoctorals al laboratori de Robert Nathan al JPL del California Institute of Technology; al de Robert M. Glaeser a Berkeley; al de Benjamin M. Siegel a la Cornell University. El 1972 passà al Max Planck Institute de Bioquímica, com a ajudant de recerca en la teoria de coherència parcial en microscopia electrònica. El 1973 passà al Cavendish Laboratory, sota la direcció de Vernon Ellis Cosslett. El 1975 començà a treballar en microscopia electrònica de partícula única a la Division of Laboratories and Research del Departament de Sanitat de l’Estat de Nova York. El 1985 esdevingué professor a la State University at Albany. El 2003 esdevingué professor a la Universitat Colúmbia, i des del 2008 hi és professor de bioquímica i biofísica molecular.

Richard Henderson

Richard Henderson (*Edinburgh, 19.7.1945) va formar-se a la Boroughmuir High School i a Edinburgh University. Es va doctorar a la Cambridge University el 1969 sota la supervisió de David Blow. Ha desenvolupat des del 1973 la seva carrera científica en el Laboratory of Molecular Biology del Medical Research Council de Cambridge. El 1975, juntament amb Nigel Unwin, estudià l’estructura de la bacteriorodopsina (bR) a través de microscopia electrònica. Elucidaren que aquesta proteïna transmembrana disposa de set segments d’estructura alfa-hèlix que creuen la bicapa lipídica (Henderson & Unwin, 1975). La bR resultà el primer cas descrit d’un ample ventall de proteïnes transmembrana amb set dominis (7TM). Henderson aprofundí en l’estructura de la bR gràcies a la criomicroscopia electrònica d’alta resolució (Henderson et al., 1990). Henderson treballà sobre el refinament d’aquesta tècnica (Henderson, 1995) amb la voluntat d’aplicar-la en la modelització a nivell atòmic de l’estructura de biomolècules en condicions normals de solució.

La microscopia crioelectrònica en l’elucidació de l’estructura de biomolècules en solució

La microscopia crioelectrònica permet la visualització de processos biomoleculars d’una manera més directa, basada en la vitrificació de solucions i suspensions biològiques. La microscopia electrònica clàssica es basa en preparacions fixades de manera agressiva que, si bé preserven estructures, s’allunyen de les condicions funcionals. La microscopia electrònica de transmissió treballa amb talls ultrafins, si bé la microscopia electrònica d’agranatge pot visualitzar superfícies biològiques de manera tridimensional. En un cas i en l’altre, la microscopia electrònica clàssica exigeix la deshidratació prèvia de la mostra.

A començament dels anys 1980, Dubochet desenvolupà una tècnica de vitrificació de l’aigua, a través d’una congelació ultraràpida, que obria la porta a una microscopia crioelectrònica. Bàsicament, consistia en un mètode de solidificació de l’aigua damunt d’una pel·lícula de carboni que donava com a resultat una làmina sòlida no-cristal·lina (un sòlid amorf o vidre). La rapidesa de la solidificació era assolida en immergir la preparació en età o propà líquid (80 K), per després treballar-hi sota nitrogen líquid, sempre amb cura de no ultrapassar la temperatura de 130 K, que conduiria a la cristal·lització de la mostra. Dubochet et al. (1988) mostraren que era factible observar amb microscopia electrònica espècimens vitrificats d’aquesta manera.

Des del 1975, Joachim Frank desenvolupà un mètode de processament d’electromicrografies bidimensionals en un model tridimensional (Frank, 1975; Saxton & Frank, 1977). Aquesta reconstrucció fou aplicada a l’estructura de la glutamina-sintetasa (Frank et al., 1978) i a la subunitat 50S del ribosoma d’Escherichia coli (Radermacher et al., 1986).

En el 1990, Richard Henderson obtingué una imatge tridimensional de la bacteriorodopsina de resolució atòmica (Henderson et al., 1990), basada en l’observació de milions de molècules de bR atrapades en un cristall bidimensional criogenitzat.

Esquema de l’estructura de la bacteriorodopsina. És un trímer (cada monòmer rep ací un color diferent) de proteïnes amb set dominis transmembrana. La bacteriorodopsina tradueix energia lluminosa en energia química en bombejar protons cap enfora de la cèl·lula: és el fonament del metabolisme fotosintètic dels haloarqueons

Henderson, 1995 sostingué que per arribar a la capacitat d’elucidar l’estructura d’una sola molècula calia l’ús d’una irradiació electrònica de baixa densitat (microscopi electrònic de contrast de fase).

Electromicrografia d’una suspensió vitrificada de la xaperona GroEL. Amb imatges com aquesta, amb una multitud de molècules orientades de manera diversa en la pel·lícula vitrificada és possible determinar l’estructura de doble anell d’aquesta proteïna tetradecamèrica

El desenvolupament de nous detectors electrònics, basats en semiconductors d’òxids metàl·lics permeteren que en el 2013, la crioelectromicrografia ja fos prou potent com per dilucidar l’estructura tridimensional a nivell atòmic de biomolècules nadiues.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

La detecció d’ones gravitacionals (Weiss, Barish, Thorne; Premi Nobel de Física 2017)

El Premi Nobel de Física del 2017 ha estat concedit en un 50% a Rainer Weiss, en un 25% a Barry C. Barish i en un 25% a Kip S. Thorne, “per contribucions decisives al detector LIGO i a l’observació d’ones gravitacionals“. Certament, Kip Thorne és el més conegut dels tres guardonats sobretot per les seves contribucions als forats de cuc i a la (im)possibilitat del viatge en el temps, i les seves contribucions en física gravitacional i en astrofísica, a banda de la qüestió de la detecció d’ones gravitacionals, el feien mereixedor tard o d’hora d’un o més guardons. De moment, s’haurà de conformar amb aquest quart. El premi arriba oportunament, car el febrer del 2016, s’anunciava la primera detecció d’una ona gravitatòria, honor que correspongué a l’observatori LIGO.

Rainer Weiss

Rainer Weiss (*Berlin, 29.9.1932) va nàixer al si d’una família jueva. El seu pare, metge i psicoanalista, era militant del Partit Comunista d’Alemanya (KPD). El triomf del feixisme el 1933 va fer que s’haguessin d’exiliar a Praga, d’on també haurien de partir el 1938 pels mateixos motius. Gràcies a la família Stix obtingueren visats per entrar als Estats Units, i s’establiren a la ciutat de Nova York. Rai estudià a la Columbia Grammar School i al Massachusetts Institute of Technology. Després d’un primer curs del MIT deixà els estudis, però després els reprengué, graduant-se el 1955. Realizà la tesi doctoral, sobre l’efecte Stark i l’estructura hiperfina de l’àcid fluorhídric, sota la supervisió de Jerrold Zacharias (1905-1986) i la defensà reeixidament el 1962. Mentrestant, fou professor a la Tufts University (1960-62) i realizà després una estada post-doctoral a Princeton (1962-64), abans de tornar ja al MIT. Weiss és conegut per les seves contribucions en la caracterització de la radiació còsmica de fons i en l’observació d’ones gravitacionals per interferometria. Tots dos camps eren en la infantesa quan ell hi ingressà. De fet, com hem dit, l’observació d’ones gravitacionals no va ser possible fins el 2016.

Barry C. Barish

Barry Clark Barish (*Omaha, 27.1.1936) es va criar al sud de Califòrnia, i estudià a Los Angeles. Es graduà en física (1957) en la University of California, Berkeley, on també va fer la tesi doctoral en física experimental d’alta energia, defensant-la reixidament el 1962. El 1963 passà al Caltech, on treballà en física de partícules emprant els acceleradors de partícules més potents dels laboratoris nacionals dels Estats Units. Així treballà amb les col·lisions de neutrinos d’alta energia en el Fermilab sobre l’estructura dels nucleons; o en el Túnel del Gran Sasso sobre la massa dels neutrinos; o en el International Linear Collide (ILC), del que esdevingué director. El 1991 esdevingué ocupà la Càtedra Maxine and Ronald Linde de Física del Caltech. El 1994 esdevingué l’investigador principal de l’Observatori d’Ones Gravitacional per Interferometria Làser (LIGO en l’acrònim anglès). Barish encapçalà la fase inicial d’obtindre fons de la NSF i la de la construcció i posada en funcionament dels interferòmetres de Livingston (Louisiana) i Hanford (Washington), que tingué lloc el 1997. Llavors ja era el director de LIGO, projecte que aplegà centenars d’investigadors de tot el món. El projecte LIGO donà pas a Advanced LIGO, el qual aconseguí la primera detecció d’una ona gravitacional el 14 de setembre del 2015, detecció que seria confirmada el febrer del 2016.

Kip S. Thorne

Kip Stephen Thorne (*Logan, Utah, 1.6.1940) va nàixer en el si d’una família mormona de professors de la Utah State University: el pare, Wynne Thorne, era professor d’agronomia, i la mare, Alison Cornish Thorne, era professora d’economia. Eren quatre germans, i tres d’ells esdevindrien eventualment professors universitaris. Kip es va guardar en el Caltech el 1962, i va doctorar-se a Princeton el 1965, amb una tesi sobre la geometrodinàmica de sistemes cilídrics, supervisada per John Wheeler. El 1967 esdevingué professor assoaciat del Caltech, i el 1970 professor de física teòrica. Entre el 1991 i el 2009 ocupà la Càtedra Feynman de Física Teòrica del Caltech. Ja com a professor emèrit, s’ha dedicat plenament a la literatura, especialment a guions cinematogràfics (Interstellar, 2014).

La detecció d’ones gravitacionals per l’observatori d’interferometria làser LIGO

Els tres guardonats formen part de la col·laboració científica establerta entre els programes LIGO (Observatori d’Ones Gravitacionals per Interferometria Làser) i VIRGO (interferòmetre de Michelson instal·lat a Pisa), que arrenca del 2007 i que trobà coronats els seus esforços amb la detecció d’una ona gravitacional el 14 de setembre del 2015. L’ona gravitacional fou el resultat d’una col·lisió entre dos forats negres escaiguda en una galàxia situada a 1300 milions d’anys-llum. Van caldre, es clar, mesos de feina per tal de confirmar que el senyal, extremadament feble, es corresponia realment a una ona gravitacional.

La detecció del 2015 era el resultat de quatre dècades de recerca. Rainer Weiss i Kip S. Thorne foren dos pioners en el camp de l’aplicació de la interferometria en la detecció de les ones gravitacionals. Els dos participaren en el projecte LIGO, que ha estat dirigit per Barry C. Barish

La recerca de Rainer Weiss a mitjan dels anys 1970 s’enfocà al disseny d’un interferòmetre làser que optimitzés la precisió de mesura. Kip Thorne treballà en els aspectes teòrics i experimentals d’aquesta aplicació de la interferometria. Ja hem vist que Thorne fou doctorand de John Weeler, una de les personalitats més destacades en el desenvolupament post-einstenià de la teoria de la relativitat general, entesa com a teoria post-newtoniana de gravetat. En el marc de la teoria d’Einstein, les ones gravitacionals es difonen a la velocitat de la llum i cal pensar que omplen tot l’univers, en tant que es generen sempre que una massa accelera o desaccelera (Einstein, 1916; Einstein, 1918). El mateix Einstein, però, considerava poc probable que mai fos possible de mesurar-les. Weiss i Thorne no pensaven el mateix. En el seu disseny es contemplava l’ús d’un parell d’interferòmetres làser gegantins, que assolís una precisió attomètrica per tal de mesurar directament les ones gravitacionals. De manera indirecta, Taylor et al. (1979) havien estimat la radiació gravitatòria emesa pel pulsar binari PSR1913 + 16.

Abans de Weiss i Thorne, havien estat diversos els investigadors que havien proposat aproximacions en el disseny d’observatoris d’ones gravitacionals (Bondi, 1957; Weber, 1960). L’antena de Joseph Weber, dissenyada el 1960, consistia en una barra d’alumini de 1,5 tones amb un cinyell de cristalls piezoelèctrics; minimitzant l’efecte de vibracions indesitjades, hom esperava detectar una vibració de 1657 Hz corresponent a una ona gravitacional. En el 1969, Weber presentà els seus resultats, però el fet que no poguessin ser replicats per altres laboratoris dels Estats Units i d’Europa els deixaren sense confirmació.

A diferència de la barra ressonant de Weber, els interferòmetres poden treballar en un ample de banda més elevat. Gertsenshtein & Pustovoit (1963) havien postulat l’ús d’interferòmetres per a la detecció d’ones gravitacionals de baixa freqüència. Sota l’empenta de Weber, Robert L. Forward (1971) també havia explorat l’ús d’interferòmetres per aconseguir una antena multidireccional de detecció de radiació gravitacional. El 1972, Weiss realitzà un report sobre el disseny d’una antena interferomètrica orientada a la detecció de radiació gravitacional emesa per pulsars. De manera paral·lela treballaven grups com el de Heinz Billig, de l’Institut Max Planck d’Astrofísica de Garching, o el de Ronald Drever i James Hough, de la Universitat de Glasgow. Al Caltech, sota els auspicis teòrics de Kip Thorne, es dissenyà un altre interferòmetre, que s’enfortí amb el fitxatge de Drever.

La col·laboració entre Weiss, Drever i Thorne permeté l’elaboració un report l’octubre del 1983 per aconseguir finançament de la NSF. La concessió permeté iniciar el projecte en el 1984, amb seu a Caltech. Rochus Vogt es va fer càrrec de la direcció del programa, que aconseguí en el 1990 que la NSF s’impliqués en la construcció de l’observatori LIGO, amb un investiment de 300 milions de dòlars. L’observatori instal·là el seu parell d’interferòmetres un a Hanford (Washington) i a Livingstone (Louisiana), separats per 3000 km. El 1994, Barry Barish assumí la direcció de LIGO.

Sota la direcció de Barish, LIGO esdevingué realment un projecte internacional, més enllà de la col·laboració entre el MIT i Caltech. La voluntat era començar amb un LIGO inicial (iLIGO) que eventualment donaria lloc al LIGO avançat (aLIGO). Entre el 1994 i el 1998 es realitzà la construcció a Hanford i Livingston. Entre el 1999 i el 2002 es realitzà la instal·lació de l’equip.

El LIGO entrà en funcionament en el 2002. En el 2003 entrà en funcionament el detector VIRGO, a Cascina (província de Pisa), que se sumà al LIGO en una col·laboració en el 2007. L’estiu del 2015 s’hi feren millores, sota el nom d’Advanced LIGO. Cada braç d’interferòmetre consisteix en dos miralls de silica fossa de 40 kg; cada mirall és suspès en un sistema de pèndol quàdruple, muntat en una plataforma controlada per evitar el soroll degut als moviments sísmics. Els dos miralls són separats a una distància de 4 km. En cada braç es genera un feix de llum de 1064 nm a partir d’un làser Nd:YAG, amb una potència de 20 W (ampliada a 700 W gràcies a un sistema de cavitat)

Esquema del detector aLIGO

El 14 de setembre del 2015, a les 09:50:45 UTC, hom detectà un senyal, catalogat com a GW150914, que fou interpretat com una ona gravitacional producte de la fusió de dos forats negres a uns 400 megaparsecs de distància (Abbot et al., 2016a). El 26 de desembre del 2015, a les 03:38:53 UTC s’identificà un altre senyal, catalogat com a GW151226, que fou interpretat com una ona gravitacional resultant de la coalescència d’un forat negre binari a 440 Mpc (Abbot et al., 2016b). El 4 de gener del 2017 a les 10:11:58,6 UTC identificaren el senyal GW170104, que fou interpretat com l’ona gravitacional resultant de la coalescència d’un forat negre binari a 880 Mpc (Abbot et al., 2017).

Esquema de la densitat de probabilitats per al senyal GW170104 segons les masses dels dos objectes fusionats. Indica que el forat negre binari era integrat per un component de 30 masses solars i un component de 20

L’observació d’ones gravitacionals obre una nova perspectiva a l’astronomia, que fins ara s’havia basat en l’observació de fotons (amb un espectre electromagnètic que va de les ones de ràdio fins a les ones gamma), de neutrinos i d’altres partícules (raigs còsmics)

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