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

El control molecular del ritme circadià (Hall, Rosbash, Young; Premi Nobel de Fisiologia, 2017)

Avui l’Assemblea Nobel del Karolinska Institute ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Fisiologia a Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young “per descobertes de mecanismes moleculars que controlen el ritme circadià“. Els tres autors identificaren en els anys 1980 i 1990 els mecanismes moleculars d’un dels sistemes de control, PER-TIM-DBT, del ritme circadià en Drosophila.

Esquema de proteïnes implicades en el cicle circadià de Drosophila. Les proteïnes PER i TIM tenen la capacitat de formar complexos en el citoplasma que són translocats en el nucli on inhibiran l’expressió del gen period (responsable de la síntesi de la proteïna PER). Això suposa una retroalimentació negativa del producte traduccional sobre la transcripció. Existeixen altres proteïnes que modulen aquesta relació (DBT, CRY, CLK, CYC, VRI, PDP1). En mamífers, la regulació és més complexa pel fet que aquests gens es troben per duplicat o triplicat. Així el gen period de Drosophila té tres homòlegs en el genoma humà: PER1, PER2 i PER3.

Jeffrey C. Hall

Jeffrey C. Hall (*Brooklyn, 3.5.1945). Fill d’un reporter d’Associated Press destinat a cobrir el Senat, va créixer a Washington D. C. En el 1963 es matriculà a l’Amherst College amb la intenció de graduar-se en medicina. De la mà de Philip Ives s’inicià en l’ús de la mosca del vinagre (Drosophila) en la recerca de biologia molecular. Així estudià la recombinació genètica i la translocació molecular. Prengué la decisió de graduar-se en biologia a la University of Washington in Seattle, amb èmfasi en la genètica. En el laboratori de Lawrence Sandler treballà en el 1967 en els canvis enzimàtics associats amb l’edat i en el control genètic dels cromosomes durant la meiosi. Sota la influència de Hershel Roman, després de doctorar-se, anà a treballar en el grup de Seymour Benzer en el California Institute of Technology (1971), on treballà en neuroanatomia i neuroquímica en Drosophila. En el 1974 passà a la Brandeis University com a professor ajudant de biologia. En el 2002 passà a la University of Maine. Els reconeixements formals de les seves contribucions en la cronobiologia molecular li han arribat tard quan, fastiguejat, ja fa anys que abandonà aquest camp de recerca.

Michael Rosbash

Michael Rosbash (*Kansas City, 7.3.1944) nasqué en una família judeo-alemanya instal·lada a Missouri en el 1938. El 1946 passaren a Boston. Rosbash ingressà al Caltech amb la intenció de graduar-se en matemàtiques, però s’orientà cap a la bioquímica després d’una estada estival al laboratori de Norman Davidson. Graduat en química al Caltech (1965), féu una estada d’un any a l’Institut de Biologie Physico-Chmimique de París. Es doctorà en biofísica al Massachusetts Institute of Technology (1970). Féu un post-doctorat en genètica a la University of Edinburgh i, el 1974, passà a la Brandeis University. En les darreres quatre dècades, Rosbash ha estudiat com el processament d’ARNm participa en la regulació dels gens implicats en els ritmes circadians.

Michael W. Young

Michael W. Young (*Miami, 28.3.1949) fou fill d’un matrimoni format per un agent de vendes de la Olin Mathieson Chemical Corporation i una secretària d’un despatx d’advocats, que l’encoratjaren en la vocació científica. La família es traslladà més tard a Dallas. Estudià a la Universitat de Texas (graduat en 1971 i doctorat en genètica en el 1975), on conegué Laurel Eckhardt, amb qui tindria dues filles. Tots dos passaren després a la Stanford University, ell com a estudiant de postdoctorat i ella com a doctoranda. El 1978 passà a la Rockefeller University de Nova York, en la qual esdevingué professor associat (1984) i professor titular (1988)

El control molecular del ritme circadià

En els anys 1970, Seymour Benzer i Ronald Konopka treballaren en la identificació dels gens responsables del ritme circadià en Drosophila. Recercaren mutants i identificaren un, al que denominaren “period”, que tenia una alteració en aquest ritme. En els anys següents s’identificaren tres classes de mutants del gen per:
perl: el cicle circadià de comportament segueix un període de 29 hores (i no de 24).
pers: el cicle circadià de comportament segueix un període de 19 hores.
per0: no segueixen cap cicle circadià.

Jeffrey Hall i Bambos Kyriacou mostraren com aquests mutants tenien alterats altres comportaments rítmics, vinculats als rituals masculins de corteig de Drosophila.

En el 1984, els grups de Jeffrey Hall i Michael Rosbash, a la Brandeis University (Zehring et al., 1984), i el de Michael Young, a Stanford (Bargiello et al., 1984), reeixiren en la clonació del gen period i la identificació del seu producte genètic, la proteïna PER. El grup de Hall i Rosbash descobrí que els nivells de la proteïna PER creixien durant la nit, i patien una degradació durant les hores diürnes (Siwicki et al., 1988).

D’acord amb els nivells d’ARNm, Hall i Rosbash pensaren que aquest patró circadià podia deure’s amb una retroalimentació transcripció-traducció negativa, és a dir que la proteïna PER tingués un efecte inhibitori sobre el gen period (Hardin et al., 1990). Així l’acumulació de la proteïna PER conduiria eventualment al bloqueig de l’expressió del gen, sense la qual la proteïna PER deixaria de sintetitzar-se i els seus nivells baixarien fins a fer que aquest bloqueig del gen fos aixecat. Aquesta hipòtesi rebé un suport quan detectaren que la proteïna PER es localitzava predominantment en el nucli cel·lular (Liu et al., 1992).

En el 1994, el grup de Young descobrí un segon gen implicat en el ritme circadià de Drosophila, al que denominà timeless (Vosshall et al, 1994). El producte d’aquest gen, la proteïna TIM tenia la capacitat d’unir-se a la proteïna PER; el complex format era translocat al nucli cel·lular i era el responsable del bloqueig de l’expressió del gen period.

El grup de Young identificà després un tercer gen, doubletime (Price et al., 1998). El producte d’aquest gen, la proteïna DBT retardava l’acumulació de la proteïna PER. Aquesta modulació s’explica per l’activitat protein-cinasa de la DBT damunt del PER (Kloss et al, 1998).

Si bé el Nobel reconeix sobretot la tasca de Hall, Rosbash i Young a nivell molecular, aquests autors també han treballat la ritmicitat a nivell cel·lular i organogràfic. Així, si hom parla de “proteïnes rellotge”, també cal parlar de “neurones rellotge” en referència a aquelles neurones que presenten una activitat lligada a les oscil·lacions quantitatives de les proteïnes rellotges. Aquestes “neurones rellotge” com indica l’esquema es troben en diferents nuclis del cervell de Drosophila, i de manera diferent en el cervell de larves, pupes i adults.
Les neurones rellotge intervenen en el cicle circadià, però també en altres comportaments rítmics com les “cançons d’aparellament” que emeten els mascles brunzint els halteris

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

La mutació P301L del gen MAPT i una demència frontotemporal al Baix Llobregat

Mostres del Banc de Teixits Neurològics de l’Hospital Clínic i de l’Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS) serviren per identificar retrospectivament tretze portadors de la mutació P301L del gen MAPT procedents tots ells del Baix Llobregat. Una sèrie d’investigadors de l’IDIBAPS, de l’Hospital Universitari de Bellvitge, de l’Institut Català de Neurociències Aplicades, de l’Hospital Benito Menni de Sant Boi de Llobregat, de la Universitat del País Basc, del Centro Hospitalar Lisboa Central i del Global Brain Health Institute, liderat per Sergi Borrego Écija han estudiat aquests casos i en reporten els trets clínico-patològics en un article publicat a la revista “Dementia and Geriatric Cognitive Disorders”. Els 13 portadors d’aquesta mutació mostren un fenotip clínico-patològic força homogeni, en forma d’una tauopatia associada a una demència que apareixia a l’entorn dels 50 anys. Els autors consideren que aquest fenotip podria ajudar al diagnòstic diferencial de casos similars basat en la realització del test genètic corresponent.

El gen MAPT

La proteïna tau fou descrita originàriament com una proteïna associada a microtúbuls (MAPT) essencial per a l’ensamblatge de la tubulina en aquestes estructures del citoesquelet (Cleveland et al., 1977). Les diferents isoformes de la proteïna tau són producte totes elles del gen MAPT. Goedert et al. (1988) identificaren la proteïna tau en filaments proteics presents en el còrtex frontal del cervell d’un pacient afectat per la malaltia d’Alzheimer. Amb els anys següent hom pogué definir tota una sèrie de malalties neurodenegeratives associats amb un agregació patològica de proteïna tau en complexos neurofibril·lars o gliofibril·lars. D’ací resultà el nom de tauopaties, distingit entre tauopaties primàries (on s’observen predominantment complexos neurofibril·lars) o secundàries (com és el cas de la malaltia d’Alzheimer).

No cal dir que això ha animat al llarg de les darreres tres dècades una intensa recerca sobre el gen MAPT, facilitada alhora per la millora continuada experimentada per les tècniques d’anàlisi genètica. Borrego-Écija treballa a la Unitat de Malaltia d’Alzheimer i Altres Malalties Cognitives de l’IDIBAPS. Una línia de recerca consisteix en l’estudi genètic de les mostres dipositades en l’esmentat Banc de Teixits Neurològics.

La mutació P301L del gen MAPT

Heutink et al. (1997) descrigueren en un estudi sobre la demència frontotemporal als Països Baixos una mutació en l’exó 10 del gen MAPT que conduïa a una mutació en la seqüència proteica corresponent: en la posició 301 per comptes de prolina apareixia una leucina. Aquesta mutació (PRO301LEU o P301L) s’associava a una demència frontotemporal progressiva amb parkinsonisme.

En examinar mostres del Banc de Teixits, Borrego-Écija et al. identificaren la mutació P301L del gen MAPT en 13 individus, tots ells procedents de la comarca del Baix Llobregat.

Una revisió demogràfica i clínica retrospectiva

De manera retrospectiva, Borrego-Écija et al revisaren retrospectivament característiques demogràfiques i clíniques dels 13 individus portadors de la mutació P301L del gen MAPT. Disposaren d’una caracterització neuropatològica detallada de 9 dels 13 individus. Contactaren amb familiars i, els qui ho acceptaren, participaren en un estudi per investigar l’origen d’aquesta mutació. Per fer-ho, estudiaren 20 polimorfismes mononucleotídics en el gen MAPT.

Una demència frontotemporal amb degeneració lobular associada a una tauopatia glial globular

La demència iniciava el seu curs a una edat mitjana de 51 anys, i amb una supervivència mitjana posterior de tan sols 7 anys. Els primers símptomes eren canvis comportamentuals (54%), problemes de llenguatge (31%) i pèrdua de memòria (15%). En vora la meitat dels casos (46%) hi aparegué parkinsonisme (tremolors, bradicinèsia, rigidesa, inestabilitat postural).

En tots els casos analitzats apareixia una extensa tauopatia neuronal i glial. Es tractava d’una tauopatia 4R, associada a l’exon 10 de la proteïna MAPT. Aquesta acumulació es presentava en forma dels anomenats mini-cossos de Pick de manera característica en gyrus dentat.

Dibuix d’un tall sagital de cervell. El “gyrus dentatus” és una de les estructures de l’hipocamp.

Hi havia una degeneració (atròfia) dels lòbuls frontal i temporal. Aquesta degeneració s’associava amb la tauopatia, explicable per la mutació P301L del gen MAPT del cromosoma 17. En un dels subjectes, a més, s’hi trobaven inclusions globulars glials de proteïna tau-4R.

Tots els portadors de la mutació mostraven el mateix haplotip del gen MAPT d’acord amb els 20 polimorfismes estudiats. Això indica un ancestre comú relativament recent a la mateixa comarca del Baix Llobregat. Aquest ancestre hauria estat el primer portador de la mutació i l’hauria transmesa als seus descendents. La mutació és de caràcter dominant, és a dir que pot conduir a la malaltia en heterozigosi. La penetrància, però, sembla incompleta i el fet que aparegui ja després de l’edat reproductiva impedeix que generi un efecte contra-selectiu notable.

Test genètic

La mutació P301L es troba present en diverses poblacions europees. El fet que ara se l’hagi descrita en un grup familiar procedent del Baix Llobregat, segons els autors, hauria d’ajudar al diagnòstic diferencial de persones originàries d’aquesta comarca que mostrin símptomes de degeneració neurològica frontal-temporal. En l’actualitat no hi ha cura per a la demència frontotemporal, ni tan sols per enlentir-ne la progressió. Els tractaments farmacològics (antidepressius, antipsicòtics) i de teràpia de llenguatge s’adrecen exclusivament a gestionar-ne els símptomes.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Felins sòlids, felins líquids: els Premis Ignobel 2017

Ahir es van lliurar els Premis Ig Nobel d’enguany, que arriben a la 27a edició. Com és habitual, es va fer una cerimònia de lliurament al Sanders Theater de la Harvard University. Aquesta és la llista de guardonats.

La reologia dels gats (Marc-Antoine Fardin, Premi Ignobel 2017 de Física)

Marc-Antoine Fardin és investigador al Laboratori de Física de la Universitat de Lió, a més de membre de l’Acadèmia de Bradilogistes així com de la Extended McKinley Family. Ha rebut el guardó pel seu article “On the rheology of cats”, publicat el 2014 a Rheology Bulletin. La flexibilitat felina és avaluada per Fardin d’acord amb la reologia lineal i la reologia no-lineal. Distingir entre un sòlid i un líquid és qüestió de temps. Un líquid ho és perquè, bo i mantenint un volum fix, s’adapta a la forma del contenidor. I d’això va l’article de Fardin, de fornir les fórmules de la reologia de gats.

Fardin va recollir ahir el guardó, que reconeix el seu “ús de la dinàmica de fluids per comprovar la qüestió ‘Pot un gat ésser sòlid o líquid?'”.

Tocar el didjeridú per deixar de roncar (Milo A. Puhan et al., Premi Ignobel 2017 de Pau)

YouTube Preview Image

El desembre del 2006, Milo A. Puhan, Alex Suarez, Christian Lo Cascio, Alfred Zahn, Markus Heitz i Otto Braendli publicaren un article al British Medical Journal sobre tocar el didjeridú com a tractament alternatiu a l’apnea obstructiva de la son. Els autors, de Zuric i altres localitats suïsses, realitzaren un assaig randomitzat amb control. El co-autor Alex Suárez fou el pacient afectat d’apnea que inspirà i promogué l’estudi. En aquest assaig participaren 25 pacients majors de 18 anys, amb un índex d’apnea-hipoapnea entre 15 i 30 i que eren preocupats pel fet de roncar. El tractament consistia en lliçons de didjeridú i pràctiques diàries a casa durant quatre mesos. Respecte del grup no-tractat, els grup de didjeridú mostrà una millora en l’índex d’apnea i tant ells com les seves parelles reportaren un son més plàcid.

El guardó fou recollit per Milo Puhan, Christian Lo Cascio, Markus Heitz i Alex Suarez, a qui se’ls reconegué haver demostrat que “la pràctica regular del didjeridú és un tractament efectiu per l’apnea obstructiva de la sona i de les roncades.

Com agafar un cocodril afecta les ganes de fer juguesques (Matthew Rockloff i Nancy Greer, Premi Ignobel 2017 d’Economia)

YouTube Preview Image

El gener del 2010, Matthew Rockloff i Nancy Green, de l’Institute for Health and Social Science Research de la CQUniversity de Bundaberg publicà un article que vinculava cocodrils i juguesques.

Els subjectes foren turistes de la Koorana Saltwater Crocodile Farm de Coowonga (Queensland), 62 homes i 42 dones, d’edats compreses entre els 18 i 66 anys. Foren repartits en dos grups. Al primer grup se’ls donava un portàtil amb una simulació de màquina de joc electrònic just abans d’entrar en la granja. A l’altre grup se’ls donava el portàtil després d’haver entrat en la granja i haver tingut un cocodril marí d’1 metre de llarg a les mans. Cada participant reportava el seu estat d’ànim i se’n registrava el patró de comportament de joc (mida de les juguesques, velocitat a fer-les, guanys obtinguts, intents realitzatsm etc.). Els resultats suggerien que l’emoció d’haver tingut un cocodril a les mans pot intensificar les ganes de juguesca quan aquesta emoció ha estat percebuda negativament.

Matthew Rockloff i Nancy Greer recollien ahir el guardó que els reconeix “uns experiments per veure com el contacte amb un cocodril viu afecta les ganes de jugar“.

Per què ens creixen les orelles (James Heathcote, Premi Ignobel 2017 d’Anatomia)

L’actual Príncep de Gales, caricaturitzat sovint per les seves orelles, en una foto de 2015, quan tenia 67 anys

El 1995, James A. Heathcote, un metge generalista del comtat de Kent, publicà un article al British Medical Journal. Heathcote volia comprovar si realment, en fer-nos grans, les orelles també es fan més grans. Comprovada la tendència, Heathcote passava a analitzar-ne les possibles causes.

Ahir James A. Heathcote recollia el guardó per aquesta recerca mèdica.

El penis femení i la vagina masculina de l’insecte “Neotrogla” (Kanuzori Yoshizawa et al., Premi Ignobel 2017 de Biologia)

Una femella de “Neotrogla curvata” muntant un mascle de la mateixa espècie. La femella introdueix el seu ginosoma en el genital masculí fins a provocar l’ejaculació d’un semen que li aportarà no tan sols espermatozoides sinó també un aport nutricional

El sexe masculí penetra i el sexe femení és penetrat. Això és presentat de vegades com una llei biològica. Però, com tota llei, hi ha excepcions. En el 2014, Kanuzori Yoshizawa, Rodrigo L. Ferreira, Yoshitaka Kamimura i Charles Lienhard reportaren una d’aquestes excepcions en un insecte del gènere Neotrogla, habitant de coves brasileres.

El sexe masculí és el sexe microgamètic. Produeix gàmetes petits i en gran quantitat. Això fa que tinguin un potencial reproductiu més elevat que les femelles. La selecció sexual actua per aquesta raó amb més força sobre els mascles. La taxa evolutiva en els genitals masculins és més elevada que en els genitals femenins, més conservadors i més simples. Els genitals masculins adopten morfologies coercitives (immobilitzadores, penetradores) com a conseqüència del conflicte d’interessos entre els dos sexes.

Una excepció, com hem dit, és el gènere Neotrogla, que habita coves brasileres. Yoshizawa et al. mostren que en aquests insectes els genitals femenins són elaborats i presenten un òrgan peniforme, el ginosoma. En contrast, els genitals masculins manquen d’òrgan penetrant. La morfologia del ginosoma varia d’espècie amb espècies: la disposició de les espines constitueix de fet una barrera contra aparellaments interespecífics. Les còpules són prolongades (2-3 dies). L’ejaculat masculí, voluminós i nutritiu, arriba als òrgans femenins a través del ginosoma.

Com s’ha produït aquesta reversió? Els autors pensen que en aquests entorns les femelles competeixen activament per accedir a líquids seminals que no tan sols són una font de fecunditat sinó també de nutrients que cobriran part de les necessitats fins a l’ovoposició.

Els autors no pogueren recollir aquest premi “per haver descobert un penis femení i una vagina masculina en un insecte cavernícola”. No obstant, enviaren un missatge d’acceptació filmat des d’una cova brasilera.

El mecanisme del vessament del cafè (Jiwon Han, Premi Ignobel 2017 de Dinàmica de Fluids)

El jove coreà Jiwon Han va publicar l’any passat un article a Achievements in the Life Sciences sobre el fenomen del vessament del cafè quan movem la tassa a poca velocitat. Fer oscil·lar una tassa de cafè a una freqüència de 4 Hz (4 cicles per segon) condueix en poc temps a turbulències, esplaixos i, finalment, esquitxos. Han investigà les propietats físiques de la interacció fluid-estructura en la tassa de cafè i n’examina els components oscil·ladors. Descrits els harmònics implicats, Han proposa un model mecànic i analiza mètodes per previndre esquitxos, com ara la manera d’aferrar la tassa, o caminar amb ella d’esquena. Recerques com aquesta tenen aplicacions en el disseny de sistemes automatitzats per dispensar líquids. Encara és més meritori que Han la realitzés en el marc del seu treball de secundària.

Jiwon Han recollí personalment el guardó, atorgar per “l’estudi de la dinàmica de vessaments de líquids”.

El rol de la sang humana en l’alimentació del vampir “Diphylla ecaudata” (Fernanda Ito et al., Premi Ignobel 2017 de Nutrició)

Gravatá dos Velez, a Queimadas, en l’estació seca, ens ofereix un paisatge típic de caatinga, bioma propi de l’interior del Brasil nord-occidental

Diphylla ecaudata és un dels rat-penats vampirs que viu amb una dieta exclusivament basada en la sang d’ocells. Només d’ocells? Si fos així, l’alimentació de les poblacions d’aquesta espècie en els boscos secs de caatinga seria complicada, ja que l’acció de l’home fa que les aus salvatges siguin ben escasses. Tres investigadors de la Universidade Federal de Pernambuco, Fernanda Ito, Enrico Bernard i Rodrigo A. Torres volien estudiar si en aquestes condicions, aquesta espècie de vampir també s’alimenta de la sang de bestiar. Per fer-ho recolliren femta d’aquest vampir i utilitzaren tècniques de PCR per detectar-hi la presència d’ADN de les víctimes.

Els resultats, publicats a Acta Chiropterologica, indicaven que aquestes poblacions de D. ecaudata s’alimenten regularment de sang de pollastre però també de sang humana. És la primera vegada que es reporta que aquesta espècie s’alimenta de sang humana. L’estudi mostra que els vampirs poden adaptar-se a entorns fortament humanitzats on les seves preses habituals desapareixen. Alhora, que puguin mossegar humans és preocupant des d’un punt de mira sanitari, ja que hi poden transmetre malalties com la ràbia.

Un vampir escuat, manipulat per un investigador a Mèxic en el 2007

Els guardonats no acudiren a la cerimònia, però sí trameteren un vídeo d’acceptació.

Les bases neurals d’odiar el formatge (Jean-Pierre Royet et al., Premi Ignobel 2017 de Medicina)

Una fàbrica de Parmiggiano-Reggiano, a Modena

Jean-Pierre Royet, David Meunier, Nicolas Torquet, Anne-Marie Mouly i Tao Jiang publicaren fa uns mesos un article a la revista Frontiers in Human Neuroscience un estudi de neuroimatge (per ressonància magnètica funcional) per escatir les bases neurals de la desplaença del formatge.

El formatge és una de les menges que generen un percentatge més elevat de gent que les troba no-comestibles. De fet això ho comproven els autors en el seu estudi, en el que recrutaren 145 homes i 187 dones. Els participants havien de completar un qüestionari sobre gustos alimentaris. També se’ls sotmeté a tests olfactius, tot amb la finalitat de dividir-los en grups “pro-formatge” i “anti-formatge”. Aquests tests foren repetits ja dins de l’1.5-Tesla MAGNETOM Sonata. Els “anti” mostraven una major activitat del globus pallidus intern i extern, així com la substantia nigra. Aquests ganglis basals sín implicats en els mecanismes de recompensa i en els comportaments aversius.

El tomògraf d’emissió de positrons del laboratori de Royet

Els guardonats enviaren un vídeo d’acceptació.

L’autoidentificació dels bessons idèntics (Matteo Martini et al., Premi Ignobel 2017 de Cognició)

Martini et al. formaren trios a partir d’una parella de bessons idèntics i un control desconegut. Cada participant havia d’identificar-se entre tres fotografies, una per cada membre del trio

Matteo Martini, Ilaria Bufalari, Maria Antonietta Stazi i Salvatore Maria Aglioti publicaren el 2015 un article a PLoS One. L’estudi mostrava les dificultats d’autoreconeixement en imatges en bessons idèntics. Martini et al. conclouen que “en bessons monozigòtics la representació visual de la pròpia cara se superposa a la cara del germà”, cosa que s’explica, més enllà de la similitud, pel grau d’adhesió entre germans.

Matteo Martini i Ilaria Bufalari recolliren el guardó, “per demostrar que molts bessons idèntics no poden distingir-se ells mateixos visualment“.

Per on hem d’escoltar la música durant el període fetal (Marisa López-Teijón et al., Premi Ignobel 2017 d’Obstetrícia)

Maria López-Teijón, Álex García-Faura i Alberto Prats-Galino publicaren en el 2015 un article a la revista Ultrasound on comparaven la resposta fetal a estímuls musicals aplicats intravaginalment (“música intravaginal”) amb la d’emissors col·locats damunt l’abdomen matern (“música abdominal”). López-Teijón i García-Faura treballen a l’Institut Marquès de Reproducció Assistida, a Barcelona, mentre Prats-Galino és membre de la Unitat d’Embriologia de la Facultat de Medicina de la UB. En aquesta recerca, estudiaven mitjançant ultrasons 3D/4D els moviments facials fetals durant l’emissió musical. En total, hi participaren 106 mares, entre les 14 i 39 setmanes de gestació, que foren distribuïdes aleatòriament en els diferents grups d’administració musical. La resposta facial del fetus era més forta en els casos d’administració intravaginal.

De manera paral·lela a aquesta recerca, el setembre del 2015, Luis Pallarés Aniorte i la mateixa Marisa López-Teijón patentaren un “dispositiu d’estimulació acústica fetal“.

El BabyPod és el resultat dels estudis de Marisa López-Teijón sobre els estímuls musicals pre-natals. Arran d’aquests estudis, arribà a la conclusió que la millor via d’estimulació és l’intravaginal. Segons López-Teijón a les 16 setmanes d’edat el sistema auditori-motor ja és prou desenvolupat. En sentir la música, augmenta la probabilitat que el fetus faci moviments amb la boca i que tregui la llengua

El guardó fou recollit per Marisa López-Teijón, Álex García-Faura, Alberto Prats-Galino i Luis Pallarés Aniorte, que aprofitaren també per presentar “Babypod”, el dispositiu per a fer arribar la música al nasciturus.

Publicat dins de General | Envia un comentari

Dinou paleogenomes individuals per escatir l’origen genètic de minoics i micènics

Les fonts mitogràfiques han contaminat ja des de la mateixa consolidació literària d’aquests fonts en poemes èpics la recerca del passat arcaic de l’Antiga Grècia més enllà d’aquella època considerada de “segles foscos”. La contaminació la trobem en Homer, és clar, i en Pausànies, i en la historiografia post-clàssica, naturalment. Arriba fins els nostres dies, en la mesura que la definició moderna de “civilització micènica” deriva de les excavacions de Heinrich Schliemann (nascut el 1822) al Peloponès, mentre que la de la “civilització minoica” deriva de les excavacions d’Arthur Evans (nascut el 1851) a Creta. És simptomàtic, doncs, que un article de Nature publicat avançadament ahir dugui per títol “Genetic origins of the Minoans and the Mycenaeans“.

Esquema de la diferenciació genètica entre quatre poblacions del II mil·lenni a.C. (micènics, minoics de Lasithi, minoics d’Herakleion i anatolis de l’Edat del Bronze) i poblacions modernes de l’Euràsia Occidental

Dades genòmiques de 19 individus de l’Edat del Bronze

Iosif Lazaridis et al. analitzen en aquest article dades genòmiques de 19 individus de l’Edat del Bronze, que inclouen persones associades a la cultura minoica de Creta, a la cultura micènica de la Grècia continental i a cultures de l’Anatòlia Sud-occidental. Minoics, micènics i troians,
per dir-ho en termes mitogràfics.

Les dades de Lazaridis et al. indiquen una similitud genètica entre “minoics” i “micènics”. Tots dos grups deriven un 75% de la seva ascendència de les primeres poblacions neolítiques de l’Anatòlia Occidental i de l’Egeu. El 25% restant correspon bàsicament a poblacions antigues originàries del Caucas i de la Meseta Iraniana. Hi ha, però, una particularitat entre els “micènics” i és un component d’ascendència menor associat a les poblacions caçadores-recol·lectores de l’Europa Oriental i Sibèria. Aquesta ascendència hauria arribat als micènics a través de les estepes eurasiàtiques o de les regions pòntiques.

Els grecs moderns s’assemblen més en aquesta composició genètica als micènics, bo i afegint una menor importància en la població moderna de l’ascendència del Neolític Primerenc.

Lazaridis et al. conclouen que “els nostres resultants donen suport a la idea de continuïtat però no d’aïllament en la història de les poblacions de l’Egeu, abans i després de l’època de les primeres civilitzacions“.

La mitografia, és clar, continuarà amb els seus prejudicis. La diferència entre “micènics” i “minoics” que registren Lazaridis et al., s’explicarà per alguna aportació septentrional, associada a l’aspecte diví (i.e. nòrdic) que tan sovint Homer atribueix a l’aristocràcia aquea. I la dilució parcial experimentada pels grecs moderns respecte dels micènics serà atribuïda fàcilment a les invasions, començant per les invasions dòriques (els Heràclides del mite) i acabant per les que s’escaigueren en el període bizantí i otomà.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari