La detecció de vapor d’aigua en la super-terra K2-18 b amb el telescopi Hubble

Exoplanetologia: La publicació a la revista Nature Astronomy de la detecció per part d’Angelos Tsiaras et al. de vapor d’aigua en l’atmosfera d’una super-terra (K2-18 b, vuit vegades més massiva que el nostre planeta) situada en la “zona habitable” d’un estel de tipus espectral M (K2-18, un nan vermell), ha estat seguida notablement per la premsa, i fins i tot a XKCD s’ha publicat una tira paròdica. L’aigua, H2O, és al capdavall una de les molècules més abundants de l’univers. I ja fa anys que és possible fer observacions de l’atmosfera de “Júpiters calents”, és a dir de planetes gegants gasosos que segueixen òrbites molt tancades al voltant del seu estel. Fet i fet, després de l’hidrogen (H2), l’aigua és l’espècie molecular més abundant en les atmosferes d’aquests planetes. En termes generals, l’aigua és la principal espècie molecular que conté oxigen, i ja només per això fer estimacions qualitatives i quantitatives de la presència de vapor d’aigua en una atmosfera planetària ens aporta informacions sobre l’origen i evolució del planeta. En el cas dels planetes terrestres, la presència de vapor d’aigua en l’atmosfera seria un indicador d’habitabilitat, més enllà del càlcul d’habitabilitat que deriva del nivell d’irradiació estel·lar d’acord amb la distància a l’estel i l’emissió energètica d’aquest estel. Però els planetes terrestres són més petits que els jovians, i en general més freds que els “jovians calents” quan es troben en la “zona d’habitabilitat”, i tot plegat fa que fins ara no s’hagués detectat cap senyal espectral de l’atmosfera d’aquests planetes. I és aquí on entra l’article de Tsiaras et al. Hom defineix una “super-terra” com un planeta que té una massa inferior a 6·1025 (= 10 masses terrestres). Les super-terres que orbiten al voltant d’estels de tipus espectral M serien l’objectiu més accessible a observacions espectroscòpiques durant els seus trànsits. L’estel catalogat com a EPIC 201912552, o com a K2-18, és un nan vermell situat a 124 anys-llum de la Terra, en la constel·lació del Lleó. En el marc de les observacions del telescopi espacial Kepler, en el 2015, s’identificà en aquest estel un trànsit planetari: el planeta fou catalogat com a K2-18 b, i en el 2017 el telescopi espacial Spitzer el confirmà com un planeta amb un període orbital de 33 dies, i situat en la zona habitable teòrica del seu sistema estel·lar. Ara, Tsiaras et al., utilitzant la Wide Field Camera 3 del Telescopi Espacial Hubble, comuniquen la detecció d’una signatura espectroscòpia d’aigua en l’atmosfera d’aquest planeta amb un alt nivell de confiança estatística. Els càlculs de pes molecular mitjà indiquen que en l’atmosfera de K2-18 b, a més de vapor d’aigua, i hi hauria presència de gas hidrogen. Una super-terra és un planeta que ens mou a la imaginació, perquè el nostre Sistema Solar no hi ha cap planeta que tingui una massa intermèdia entre la Terra i Urà. Però també captura la nostra imaginació un estel de tipus M, d’activitat molt més extrema i irregular que la del nostre Sol. Per exòtic que sigui el planeta K2-18 b, aquestes dades de composició atmosfèrica, ajuden a imaginar una mica millor la natura de les super-terres més massives.

Observacions prèvies d’atmosferes de super-terres

Angelos Tsiaras, Ingo P. Waldmann, Giovanna Tinetti, Jonathan Tennyson i Sergey N. Yurckenko, del Departament of Physics & Astronomy, del University College London, treuen partit de la WFC3 del Telescopi Espacial Hubble, que amb l’estratègia observacional d’escaneig espacial és capaç de caracteritzat les atmosferes de super-terres. Fins ara, diversos grups han aconseguit els espectres de tres planetes amb radis inferiors a 3 radis terrestres mentre es trobaven en trànsit dels estels respectius: GJ-1214 b, HD97658 b i 55 Cnc e. En el cas de GJ-1214 b i HD97658 b, l’absència de modulació indicava una atmosfera impenetrable per densos núvols, o bé la presència d’espècies moleculars pesants. L’espectre de 55 Cnc e semblava indicar una atmosfera lleugera i primitiva, potser amb presència d’hidrogen i heli.

També s’han fet observacions dels trànsits planetaris de l’estel TRAPPIST-1, corresponents a sis dels seus planetes, però no s’ha pogut destriar cap signatura molecular, bé sigui per la presència de núvols o per ésser atmosferes amb gasos relativament pesants.

K2-18 i K2-18 b

K2-18 és un estel de tipus espectral M2,5, amb una temperatura superficial de vora 3500 K. És un estel nan, amb una massa del 36% de la del nostre sol, i un radi del 41%. Es troba a uns 34 parsecs, en la direcció de la constel·lació del Lleó.

K2-18 b orbita a una distància de l’estel de 0,1429 unitats astronòmiques. Hom calcula que la zona habitable d’aquest sistema planetari va de 0,12 a 0,25 unitats astronòmiques. Sense més detalls, hom calcularia una temperatura superficial mitjana de K2-18 b entre 200 i 320 K.

K2-18 b és una super-terra, amb una massa 8 vegades superior a la del nostre planeta. Hom li calcula un radi 2,3 vegades superior al de la Terra, de forma que tindria una densitat de vora 3 kg·m-3.

Vuit trànsits de K2-18b observats amb la càmera WFC3 del Telescopi Hubble

Tsiaras et al. han analitzat vuit trànsits de K2-18 b. L’anàlisi indica amb un elevat grau de confiança la detecció d’una atmosfera. Alhora, també han refinat el càlcul del període orbital d’aquest planeta, que seria de 32,94 dies.

Per fer l’anàlisi dels espectres, Tsiaras et al. modelaren l’atmosfera planetària considerant els següents gasos: H2O, CO, CO2, CH4 i NJ3. En comparar aquesta modelació amb les dades obtingudes, tan sols es detectava amb un alt nivell de confiança la signatura corresponent al vapor d’aigua.

Seguidament, feren una segona ronda de modelacions, ara considerant tres escenaris:
1.- una atmosfera sense núvols que contingués únicament H2O, H2 i He.
2. una atmosfera sense núvols que contingués únicament H2O, H2, He i N2.
3. una atmosfera amb núvols que contingués únicament H2O, H2 i He.

Dels tres escenaris, el que presentava una major afinitat amb les observacions era el primer, seguit del segon. Tsiaras et al. no poden discriminar entre els dos models, de manera que poden oferir una quantificació del vapor d’aigua en l’atmosfera. Sí que afirmen que en l’atmosfera hi ha encara una fracció gens negligible de gasos lleugers (H, He). Tampoc no descarten la presència en forma de traça d’altres gasos més pesants.

Un objectiu per al James Webb Space Telescope i per l’ARIEL

Tsiaras et al. consideren que K2-18 b seria un dels objectius més interessants per a futurs telescopis orbitals, com són el James Webb Space Telescope o l’ARIEL de l’ESA. Aquests telescopis aprofundirien en la caracterització de l’atmosfera, detectant la presència d’altres espècies moleculars i estimant les condicions de temperatura i pressió.

Lligams:

Water vapour in the atmosphere of the habitable-zone eight-Earth-mass planet K2-18 b. Angelos Tsiaras, Ingo P. Waldmann, Giovanna Tinetti, Jonathan Tennyson & Sergey N. Yurchenko. Nature Astronomy (2019)

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

Pizzes, clics i cuques mortes: Què ens fa riure dels premis Ig Nobel 2019?

Ahir tenia lloc la cerimònia de lliurament dels vint-i-noves Premis Ig Nobel. Ja hem tingut temps, doncs, de riure del llistat de premiats d’enguany, i potser fins i tot de pensar-hi.

La pizza com a factor de prevenció de malalties (Silvano Gallus, Premi Ig Nobel de Medicina 2019)

Silvano Gallus ha estat guardonat amb el Premi Ig Nobel de Medicina “per aplegar proves que la pizza podria protegir contra malalties i contra la mort, si la pizza és feta i menjada a Itàlia”. Gallus et al. (2003) estudiaren el rol potencial de la pizza sobre el risc de càncer digestiu emprant una xarxa integrada d’estudis cas-control realitzats a Itàlia entre el 1991 i el 2000, bo i classificant la població entre no-menjadors de pizza (menys d’1 porció de pizza cada mes), menjadors ocasionals (1-3 porcions mensuals) i menjadors habituals (1 porció de pizza o més per setmana): trobaren disminucions del risc entre els menjadors habituals del 33% per al càncer oral i faringi, del 59% per al d’esòfag i del 26% per al de colon. Gallus et al. (2004) aplicaren la mateixa metodologia sobre l’infart de miocardi, i trobaren reduccions del risc per als menjadors ocasionals (del 22%), per als habituals (38%) i per als que menjaven més de dues porcions setmanals de pizza (del 56%). Gallus et al. (2006) continuaren aquesta línia de recerca pel risc de patir càncers relacionats amb les hormones sexuals (càncer de mama, d’ovari o de pròstata), però en aquesta ocasió no trobaren cap alteració del risc relacionada amb la freqüència de consum de pizza.

El grup de Gallus concebia la pizza com un dels plats emblemàtics de la cuina italiana, i d’ací la idea d’emprar-lo com un signe d’adhesió a una alimentació tradicional entre els milanesos (que eren el subjecte dels seus estudis). Però la pizza és vista alhora com un exemple de plat improvisat de gent descurada, i potser és això el que crida l’atenció quan hom troba una associació favorable entre menjar sovint pizza i reduir el risc de patir alguns càncers digestius o l’infart de miocardi.

El mateix Gallus, que llavors com ara és membre del Departament d’Epidemiologia de l’Institut Mario Negri de Recerca Farmacològica, va recollir el premi en la cerimònia d’ahir.

Ensinistrar cirurgians ortopèdics a base de clics (Karen Pryor i Theresa McKeon, Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica 2019)

Karen Pryor i Theresa McKeon han estat guardonades amb el Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica “per emprar una tècnica senzilla d’ensinistrament animal per ensinistrar cirurgians en la realització de cirurgia ortopèdica”. La tècnica senzilla és la de “Karen Pryor Clicker Training”. Aquesta tècnica fou creada inicialment pensant en gossos, però després s’ha aplicat també a gats i a tot un ample ventall d’animals domèstics (des de cavalls fins a cabres).

”Clicker Training” és un programa d’aprenentatge d’operant, en el que l’operant rep estímuls positius, en forma de clics, quan resol correctament una tasca. Els animals no-humans, en termes generals, aprenen millor d’aquesta manera que no pas a través de demostracions. Però, i els humans?. I. Martin Levy, del Departament de Cirurgia Ortopèdica del Montefiore Medical Center, del Bronx, col·laborà amb Pryor i McKeon sobre l’aplicació d’aquesta tècnica en la docència de cirurgians ortopèdics. Levy et al. (2016) demostraren que en l’aprenentatge d’una tasca com la de fer o desplaçar nusos, l’aprenentatge d’operant assolia una major precisió que no pas amb l’aprenentatge basat en la demostració. Mitjançant “clicker-training”, es construïa en l’aspirant a cirurgià un comportament altament reforçat. Encara que en termes de temps d’aprenentatge no hi havia pas diferència, sí que n’hi havia en la qualitat tècnica assolida.

Pryor i McKeon, en col·laboracions prèvies, havien mostrat com les tècniques d’ensinistrament animal tenen molt a dir en l’aprenentatge i la conducció d’atletes humans. És això el que potser ens fa gràcia.

La caracterització magnètica de cuques molles, vives i mortes (Ling-Jun Kong, Herbert Crepaz, Agnieszka Górecka, Aleksandra Urbanek, Rainer Dumke i Thomasz Paterez, Premi Ig Nobel de Biologia 2019)

Ling-Jun Kong, Herbert Crepaz, Agnieszka Górecka, Aleksandra Urbanek, Rainer Dumke i Tomasz Paterek han rebut el Premi Ig Nobel de Biologia “per descobrir que paneroles magnetitzades mortes es comporten de manera diferent a paneroles magnetitzades vives”.

L’any passat, aquests autors de la Nanyang Technological University de Singapur, publicaren a Scientific Reports un article sobre la caracterització biomagnètica in vivo de la panerola americana. Kong et al. aconseguien aplicar la magnetorelaxometria en mostres biològiques a temperatura fisiològica, és a dir a paneroles vives. La tècnica permet observar les propietats físiques de materials magnètics d’una manera no-invasiva. Les paneroles, com altres animals, presenten dipòsits de materials magnètics. Kong et al., en aquest article, posaven de manifest la diferència de comportament magnètic d’aquests dipòsits en paneroles vives comparades amb paneroles mortes. Fins llavors, hi havia experiments sobre el comportament de paneroles sota camps magnètics, i també experiments sobre els materials magnètics de paneroles mortes, però Kong et al. obrien la port a l’estudi de la dinàmica magnètica de paneroles vives, i ampliar així el coneixement sobre la magneto-recepció d’aquests insectes. La recerca sobre magneto-recepció en paneroles s’orienta en termes generals a desenvolupar instruments no-contaminants de control de plagues. Però per al grup de Paterek l’estudi de la magnetosensitivitat de la panerola americana és un primer pas cap al desenvolupament de la biologia quàntica d’insectes. És aquesta vinculació entre la física més sofisticada i l’humil i desagradable cuca molla la que fa riure, com si la física més sofisticada no contemplés, a fi de comptes, la totalitat de l’univers.

Paterek, Crepaz i Dumke assistien ahir a la cerimònia de lliurament d’aquest premi.

L’asimetria en la temperatura escrotal de treballadors postals francesos (Roger Mieusset i Bourras Bengoudifa, Premi Ig Nobel d’Anatomia 2019)

Roger Mieusset i Bourras Bengoudifa han rebut el Premi Ig Nobel d’Anatomia “per mesurar l’asimetria en la temperatura escrotal de treballadors postals de França despullats i vestits”.

En el 2007, aquests dos autors publicaven un estudi a la revista Human Reproduction sobre l’asimetria termal de l’escrot humà. És sabut que la temperatura escrotal juga un paper cabdal en la fertilitat masculina, suposadament per ésser crítica en el procés d’espermatogènesi. Mieusset & Bengoudifa eren concretament interessats en el debat sobre si els dos testicles són sotmesos a temperatures similars o diferents, és a dir si el costat esquerra de l’escrot és, com assenyalaven alguns estudis, més càlid que el costat dret. Per això feren tres experiments, utilitzant dades de temperatura escrotal recollides amb un termòmetre cutani acoblat a un recol·lector de dades. En el primer experiment, vuit homes adoptaven quatre posicions corporals successives, canviant-les a intervals de 15 minuts, i seguint-les primer despullats i després vestits. En el segon experiment, onze treballadors postals feien la feina quotidiana dempeus durant 90 minuts, amb les referides sondes de temperatura. En el tercer experiment, onze conductors d’autobús eren mesurats semblantment durant 90 minuts en plena conducció. Dels participants hom tenia dades de fertilitat i d’historial de paternitat. Tots tres experiments assenyalaven que l’asimetria tèrmica escrotal és una realitat.

L’objecte de l’experiment (la temperatura escrotal), i el curiós disseny de subjectes i de posicions, és el que fa riure, però no hem d’oblidar la importància pràctica de disposar de dades realment representatives si hom vol treure profit clínic de la temperatura escrotal en el diagnòstic o tractament de la infertilitat masculina.

Producció diària de la saliva en volum en infants de cinc anys (Shigeru Watanabe, Mineko Ohnishi, Kaori Imai, Eiji Kawano i Seiji Igarashi, Premi Ig Nobel de Química 2019)

Shigeru Watanabe, Mineko Ohnishi, Kaori Imai, Eiji Kawano i Seiji Igarashi han rebut el Premi Ig Nobel de Química “per estimar el volum total de saliva produït diària per un infant típic de cinc anys”.

Aquests cinc investigadors, llavors membres del Departament d’Odontologia Pediàtrica de l’Escola d’Odontologia de la Universitat de Ciències de la Salut d’Hokkaido, realitzaren aquesta estimació el 1995, i la publicaren en un article a Archives of Oral Biology. Els subjectes experimentals foren 15 nois i 15 noies de 5 anys, als qui demanaren, textualment, de registrar durant dos dies el temps que eren desperts, el temps que dedicaven a fer els àpats o a picar entre hores, i el temps que dormien. A banda d’això, registraren la taxa de flux salival quan mastegaven sis tipus diferents de menges, i quan no mastegaven res. La taxa de flux salival en repòs fou de 0,26 ± 0,16 mL/min. La taxa de flux salival mentre mastegaven era de 3,6 ± 0,8 mL/min. Com que els infants havien declarat que menjaven durant 80,8 ± 27,3 minuts cada dia, i que passaven desperts sense menjar uns 820 ± 59 minuts diaris, d’això es dedueix que durant els àpats els infants produeixen 288 mL de saliva diaris, mentre que fora dels àpats, però encara desperts, en farien 208. Watanabe et al. assumeixen que mentre hom dorm, la salivació és pràcticament zero. D’aquesta manera, un infant de cinc anys produeix diàriament mig litre de saliva.

I quins eren aquests infants que, a cinc anys, eren capaços de registrar el temps que gastaven menjant o dormint? Doncs, entre d’altres, els fills d’alguns dels autors. A la cerimònia de lliurament de l’Ig Nobel, de fet, Watanabe era acompanyat dels seus fills, que ara ja voregen la trentena, i que foren els subjectes de la citada biometria.

Una màquina per canviar bolquers (Iman Farahbakhsh, Premi Ig Nobel d’Enginyeria 2019)

Iman Farahbakhsh ha rebut el Premi Ig Nobel d’Enginyeria “per inventar una màquina per canviar bolquers d’aplicació en infants humans”.

En efecte, el 31 de juliol del 2018, fou concedida a Farahbakhsh la patent 10034582 davant de l’Oficina dels Estats Units per a un aparell i mètode per rentar infants i canviar bolquers. El dispositiu inclou una cambra principal, accessible a través d’una finestra de vidre, un seient, un aferrador de cames, un cinturó de seguretat, un braç per retirar el bolquer brut, un aspersor i un assecador.

Potser fa riure pensar que una activitat tan íntima es pugui “mecanitzar”, però l’inventor defensa que el seu aparell ofereix una millor higiene i amb una reducció del consum d’aigua.

Els diners com a vectors bacterians (Habip Gedik, Timothy A. Voss i Andreas Voss, Premi Ig Nobel d’Economia 2019)

Habip Gedik, Timothy A. Voss i Andreas Voss han rebut el Premi Ig Nobel d’Economia “per comprovar de quin país és el paper moneda que millor transmet bacteris perillosos”.

En el 2003, Andreas Voss esdevingué el primer en ocupar una plaça de professor universitari als Països Baixos dedicada a la prevenció de les infeccions. Malgrat que la seva recerca ha anat orientada sobretot a la prevenció d’infeccions nosocomials, també ha treballat en altres àmbits. Així, el 2013, en col·laboració amb Habip Gedik i Timothy A. Voss, publicà un article a la revista Antimicrobial Resistance and Infection Control sobre la transmissió de bacteris a través de la circulació de diners físics. Concretament, es tractava d’estudiar la supervivència de Staphylococcus aureus, Escherichia coli i enterococs resistents a la vancomicina (VRE) en bitllets de curs legal de diferents països: euros, dòlars nord-americans, dòlars canadens, lunes croates, leus romanesos, dirhams marroquins i rúpies índies.

En el 2012, en el laboratori de Canisius Wilhelmina Ziekenhuis, s’inocularen en bitllets colònies dels bacteris citats a diferents concentracions. Els bitllets havien estat prèviament esterilitzats amb llum ultraviolada. Després de l’inòcul, els bitllets eren incubats a 35°C durant 24 hores, i eren sotmesos a cultius per calcular les unitats formadores de colònies que hi havien persistit. Aquesta era la primera part de l’estudi.

En la segona part de l’estudi, entraven bitllets de dòlar nord-americà i de leus romaneses, igualment esterilitzats i després inoculats amb els citats bacteris. Tres persones, amb les mans prèviament desinfectades, havien de tocar els bitllets inoculats, i seguidament se’ls feia col·locar els dits en plaques de Petri amb un medi de cultiu. Així hom obtenia el nivell de transmissió de bacteris des dels bitllets als dits.

Aquests experiments mostraven que la taxa de supervivència més elevada es trobava en els bitllets romanesos: tots tres microorganismes assajats hi resistien després de sis hores d’assecat, i en el cas dels VRE la persistència arribava a 1 dia d’assecat.

Estudiar els diners, que són una categoria social tan “abstracta”, des d’una perspectiva microbiològica pot fer gràcia a molta gent, llevat és clar de gent ja de per si aprensiva als riscos infecciosos de bitllets que circulen indiscriminadament. Però Gedik et al. posen de manifest que no tots els tipus de paper són igualment conduents a la persistència i transmissió de bacteris.

En tot cas, ahir Andreas i Timothy Voss, pare i fill, recollien el guardó.

El plaer de gratar-se allà on pica (Ghada A. bin Saif, Alexandru Papoiu, Liliana Banari, Francis McGlone, Shawn G. Kwatra, Yiong-Huak Chan i Gil Yosipovitch, Premi Ig Nobel de la Pau, 2019)

Ghada A. bin Saif, Alexandru Papoiu, Liliana Banari, Francis McGlone, Shawn G. Kwatra, Yiong-Huak Chan i Gil Yosipovitch han rebut el Premi Ig Nobel de la Pau “per intentar mesurar la plaentor de gratar-se la picor”.

El laboratori de Gil Yosipovitch, i el Miami Itch Center que l’envolta, es dediquen a l’estudi de la picor, en forma d’eczema atòpic, de psoriasi, de prurigo nodularis o de picor neuropàtica. En el 2012 publicaren un article al British Journal of Dermatology sobre el plaer que produeix gratar-se allà on se sent picor, i en feien una valoració “psicofísica i topogràfica”.

En aquesta recerca, s’induïa una picor amb espícules de mongeta de vellut en 18 subjectes sans. La picor s’induïa en l’avantbraç, en el tou de la cama o en l’esquena. En alguns casos, el subjecte era gratat per un dels investigadors amb un raspall citològic (però sense ànim de prendre mostres). El subjecte havia de valorar amb una escala analògica el grau de picor i el plaer que havia notat en ésser gratat. Les puntuacions més elevades tant pel que fa al picor com el plaer derivat d’ésser-hi gratat s’obtenien en el tou de la cama i en l’esquena. Mentre que en l’avantbraç i en el tou de la cama, com major era la sensació de picor també era major la sensació d’alleugeriment en ésser gratat, la relació en l’esquena no era pas tan lineal.

Potser el títol de l’article, dissenyat per cridar l’atenció en el marc d’una revista dermatològica, és el que més convida a riure, així com el disseny metodològic i la subjectivitat de provar de valorar el grau de picor que hom pateix. Però els metges que han de tractar en casos de picor crònica i les complicacions que poden derivar de l’autogratament del pacient, ho veuran d’una manera diferent.

En nom de tot el grup, el guardó fou recollit per Francis McGlone, co-autor de l’estudi i cap del grup de recerca de neurociència somatosensorial i afectiva de la Liverpool JM University.

La felicitat o no de sostindré un bolígraf amb la boca (Fritz Strack, Premi Ig Nobel de Psicologia 2019)

Fritz Strack ha rebut el Premi Ig Nobel de Psicologia “per descobrir que sostindre un bolígraf a la boca fa que hom somrigui, la qual cosa el fa més feliç, i després per descobrir que aquest no és cas”.

En el 1988, Strack et al. publicava un article al Journal of Personality and Social Psychology sobre la hipòtesi de la retroalimentació facial, és a dir que l’activitat facial d’una persona influeix les seves respostes afectives. Per comprovar aquesta hipòtesi proposaven un test no-obstrusiu, que inhibís o facilités les condicions del somriure humà, per tal de veure si aquesta manipulació de l’activitat facial també es manifestava en les respostes afectives. Així demanaven a subjectes que mantinguessin un bolígraf a la boca, donant-los indicacions que inhibien o facilitaven l’activitat de músculs típicament associats amb el somriure. En un primer estudi, mostraven l’eficàcia del procediment, de manera que els subjectes responien millor a dibuixos humorístics si se’ls havia forçat un somriure artificial amb el bolígraf. En un segon estudi, la metodologia era validada i s’hi aprofundia teòricament. La hipòtesi de la retroalimentació facial semblava sortir-hi enfortida.

Gairebé trenta anys després, Fritz Strack publicava un article d’opinió on revisava la qüestió en el marc de la polèmica sobre la manca de reproductibilitat de nombrosos estudis psicològics. Strack admetia que l’experiment del 1988 no havia pogut ésser replicat en el 2016 en un assaig amb 1894 participants. Així doncs, arribava a la conclusió que col·locar-se un bolígraf a la boca per moure els músculs del somriure no alterava significativament la resposta afectiva a un dibuix humorístic.

Fa riure potser que algú arribi a una conclusió diametralment oposada a la que havia arribat amb un estudi aparentment concloent dècades abans. Però els problemes de reproductibilitat en les ciències “toves” no són cosa de broma.

Strack recollia el guardó en la cerimònia d’ahir.

Com fan caques quadrades els uombats? (Patricia Yang, Alexander Lee, Miles Chan, Alynn Martin, Ashley Edwards, Scott Carver i David Hu, Premi Ig Nobel de Física 2019)

Patricia Yang, Alexander Lee, Miles Chan, Alynn Martin, Ashley Edwards, Scott Carver i David Hu han rebut el Premi Ig Nobel de Física “per estudiar com, i per què, els uombats caguen en forma de cub”.

Aquests autors presentaven una comunicació sobre aquest particular en la 71a Reunió Anual de la Divisió de Dinàmica de Fluids de la Societat Física Americana. Els uombats són, de fet, els únics animals coneguts que fan femtes cúbiques. Yang et al. han investigat l’estructura i la mecànica de sistemes alimentaris procedents de dos cadàvers de uombats, que havien estat eutanasiats després d’haver estat atropellats per vehicles de motor a Tasmània. La forma cúbica de la femta es produeix en el tram final de l’intestí, on el contingut líquid se solidifica. Les femtes típicament tenen una aresta de 2 cm de longitud. La forma l’adquireixen per les propietats elàstiques de la paret intestinal. La compactació de la femta és la responsable de l’aparició de les arestes i dels vèrtex, i aquesta al seu torn és deguda als moviments intestinals.

Una recerca de dinàmica de fluids que parli de caca sempre mou a la rialla escatològica. De fet, en el 2005, Yang i Hu ja havien rebut un Premi Ig Nobel de Física pels seus estudis sobre el temps de buidat de la bufeta entre els mamífers. Ara bé, l’estudi detallat de la dinàmica rectal del uombat fa que Yang et al. facin algunes propostes sobre el desenvolupament de noves tècniques de fabricació per a assolir estructures no-axisimètriques de materials tous. La recerca de Yang, certament, té un enfocament centrat en aspectes biofísics fonamentals, però això no treu tota una sèrie d’aplicacions començant per les biomèdiques.

El premi fou recollit ahir per Yang, Hu, Lee, Carver i Edwards.

Deixa un comentari

La visibilitat mediàtica sobre el canvi climàtic: els contrarians en tenen més que els científics

Alexander Michael Petersen, Emmanuel M. Vincent i Anthony LeRoy Westerling publiquen un article a Nature Communications sobre la visibilitat mediàtica en el camp de canvi climàtic. En aquesta recerca han seleccionat 386 científics experts i 386 contrarians prominents i n’han seguit la petjada digital a través de 200.000 publicacions científiques i 100.000 articles de premsa, tots ells en llengua anglesa. Els contrarians analitzats apareixen en un 49% més d’articles mediàtics que els científics. Si hom es limita als mitjans convencionals, aquest excés de visibilitat es redueix a un 1%. Els nous mitjans de comunicació, doncs, contribueixen, segons aquests tres investigadors, a la producció i consum de desinformació sobre el canvi climàtic. El remei, segons Petersen et al., és una major implicació dels científics climàtics en el discurs científic i públic, alhora que periodistes i editors professionals haurien de contrarestar l’atenció desproporcionada que reben els contrarians.

Xarxa de citació d’articles de recerca sobre el canvi climàtic

Una base de dades de 121.729 articles de premsa

Alexander Michael Petersen i Anthony LeRoy Westerling són membres del Management of Complex Systems Department i de l’Ernest and Julio Gallo Management Program de la School of Engineering de la University of California, a Merced. Westerling també és membre del Sierra Nevada Research Institute, de la mateixa universitat. Emmanuel M. Vincent és membre de Medialab, Sciences Po, a París. Westerling i Vincent són membres del Center for Climate Communication, de la UC de Merced.

Petersen et al. parteixen del consens científic que existeix des de començament de segle sobre l’existència, origen i importància de canvi climàtic antropogènic. Si bé la immensa majoria dels científics sobre el canvi climàtic coincideixen sobre el seu caràcter antropogènic, existeix un corrent d’opinió contrari que ha pres especialment força als Estats Units. Petersen et al. anomenen “contrarians” a aquells que, sense dedicar-se a la recerca científica sobre el tema, exerceixen un important paper en la comunicació política i científica. No inclouen, doncs, el 2-3% d’investigadors de la matèria que no tenen la convicció de l’origen antropogènic del canvi climàtic, els quals d’altra banda tenen un pes desproporcionadament inferior en la literatura científica sobre canvi climàtic.

En trobar les claus de l’èxit dels contrarians, Petersen et al. assenyalen biaixos cognitius (com el raonament motivat per valors personals o grupals) i influències externes (resposta a les elits polítiques, biaixos ideològics, cosmovisions culturals, experiències personals sobre l’oratge). També esmenten el rol de la premsa, però en aquest sentit es fixen especialment en el paradigma dels “nous mitjans” i la facilitació de la distribució de contingut a través d’internet.

Petersen et al. per a la seva recerca han comptat amb el suport de l’UC Merced. La recol·lecció, anàlisi i visualització de dades les ha fet Petersen, amb l’ajut d’A. Cooksey i L. D. Gaviria Jaraba.

En total, es recolliren 121.729 articles sobre canvi climàtic, entre articles de premsa, articles en-línia i articles de blogs. El període d’estudi anava de l’1 de gener del 2000 a l’1 d’octubre del 2016. Petersen et al. triaren aquesta darrera data per evitar la confusió vinculada a les eleccions presidencials de novembre del 2016 i la transició cap a l’Administració Trump. Els articles foren recollits de 7126 fonts informatives del MC Project. Dels articles analitzats, el 98,6% són en llengua anglesa.

Un primer filtre era destriar d’aquests 121.729 articles, els que eren repeticions (com ara seccions de blogs, de RSS feed, referències en portades), de manera que el nombre es reduí a 102.250.

Una base de dades de 198.789 articles científics sobre canvi climàtic

Fent servir la WOS Core Collection, Petersen et al. feren la cerca següent:
(Climate NEAR/5 Change OR Global NEAR/5 Warming OR Climatology OR Climate NEAR/5 Model OR Climate NEAR/5 Extrem) and (Climate).

Aplicaren aquesta cerca al període entre 1900 i 2016.

Una llista de 386 “contrarians”

Per elaborar aquesta llista, Petersen et al. fan servir tres fonts públiques:
la llista d’oradors de The Heartland Institute ICCC conference des de l’any 2008.
– la llista d’individus de DeSmogblog.
– la llista d’autors principals del report del 2015 de NIPCC.

Una llista de 386 científics

A partir dels gairebé 200.000 articles seleccionats, Petersen et al. ordenaren els autors d’acord amb el nombre de citacions netes. Seleccionaren els 386 autors més citats.

Una llista de mitjans destacats

D’acord amb el nombre d’articles de premsa seleccionats, Petersen et al. seleccionen 30 mitjans: The Guardian (amb 1949 articles), New York Times (1188), Washington Post (854), Daily Mail (806), Reuters (473), FOX News (431), Daily Telegraph (406), Washington Times (387), The Sacramento Bee (380), MSNBC (354), Associated Press (298), LA Times (287), Time (287), USA Today (285), Independent (260), The Denver Post (253), Wall Street Journal (244), BBC (243), Miami Herald (243), ABC News (235), CBC (212), Boston Globe (209), CNN (202), CBS News (193), NPR (146), Chicago Tribune (112), Globe and Mail (108), Deutsche Welle (92), NBC News (51), i Seattle Times (45).

Cinc categories de mencions en els articles de premsa.

Una submostra de 2556 articles foren llegits per tal de fer una classificació dels 772 individus estudiats:
– primera classe: individus que són esmentats però que no es troben activament implicats en el contingut de l’article.
– segona classe: individus que són citats amb contingut científic.
– tercera classe: individus que són citats sense contingut científic.
– quarta classe: individus que són citats amb un contingut contraposat.
– cinquena classe: individus que són autors de l’article.

La cobertura mediàtica sobre la recerca en canvi climàtic

En els darrers vint-i-cinc anys, la recerca sobre canvi climàtic i la cobertura mediàtica sobre aquesta recerca han crescut de manera continuada, amb la participació d’actors científics, públics, mediàtics i polítics. El terme “climate change” apareix en unes 10.000 frases d’articles mediàtics cada setmana, mentre que el terme “climate skeptic” ho fa unes 100.

Petersen et al. han seleccionat dos grups diferents: un de format per 386 científics altament citats en el camp del canvi climàtic i un altre de format per 386 contrarians (entre els quals hi ha acadèmics, científics, polítics i homes de negocis).

Val a dir que dels 386 contrarians seleccionats, n’hi ha 224 que apareixen com a autors d’alguns dels 200.000 articles científics seleccionats. Aquests 224 contrarians científics són autors de 3367 articles científics. La xifra és de 15 articles de mitjana, un valor que és 3,8 vegades inferior al típic entre científics dedicats al canvi climàtic. Per Petersen et al. això és un indici de la menor productivitat científica dels “contrarians”. També ho seria el fet que el nombre de citacions és 7,6 vegades inferior entre aquests 224 contrarians que tenen publicacions científiques respecte del valor típic dels científics dedicats al canvi climàtic.

De la llista de 30 mitjans destacats seleccionats per Petersen et al. deriven 11.233 articles. Dels 386 contrarians seleccionats, n’hi ha esments en 2482 articles, mentre que dels 386 científics seleccionats n’hi ha esments en 2463 articles. Això indicaria un excés de 0,77%.

La discrepància mediàtica arriba quan s’analitzen tots els articles mediàtics. Llavors 26.072 articles esmenten alguns dels 386 contrarians seleccionats, mentre que dels 386 científics seleccionats hi ha esments en 17.530 articles. Això crea un excés del 49% a favor dels contrarians.

Aquest excés del 49% es redueix a l’1% quan l’anàlisi es limita als 224 contrarians que tenen publicacions científiques. Són els contrarians no-científics els que reben més atenció entre els mitjans no-convencionals.

Quan l’anàlisi es limita a les 30 fonts més habituals de notícies, els 224 contrarians acadèmics tenen un excés de visibilitat del 38%. Petersen et al. ho atribueixen al fet que els mitjans convencionals tendeixen a seguir un criteri periodístic d’equilibri d’opinions.

Sobre els mitjans analitzats, Petersen et al. constaten que FOX News i, en menor mesura, el Washington Post, tendeixen a citar individus en notícies sobre el canvi climàtic sense motivacions científiques. The Guardian, New York Times i el Washington Journal són de les publicacions que més espai cedeixen a articles escrits per científics destacats sobre el canvi climàtic.

Adaptar-se als nous mitjans

La comunicació sobre canvi climàtic, assenyalen Petersen et al. ha d’adaptar-se a la fragmentació dels mitjans de comunicació. Posen com a exemple en aquesta direcció a , eina amb la qual científics experts poden anotar i esmenar informació mediàtica publicada sobre el canvi climàtic..

Lligams:

Discrepancy in scientific authority and media visibility of climate change scientists and contrarians. Alexander Michael Petersen, Emmanuel M. Vincent, Anthony LeRoy Westerling. Nature Communications 10: 3502 (2019).

Publicat dins de 2. La Terra | Deixa un comentari

Tommi Tenkanen estudia l’origen de la matèria fosca a partir de fluctuacions de camp escalar durant la inflació còsmica

Cosmologia: Tommi Tenkanen és doctor en física teòrica per la Universitat de Helsinki. Actualment, és investigador postdoctoral al Departament de Física i Astronomia de la Johns Hopkins University, a Baltimore (Maryland). És autor de “Pimeän aineen arvoitus”, un volum dedicat a la matèria fosca, és a dir la fracció de la matèria gravitatòria de l’univers que no interactua (emetent-ne o absorbint-ne) amb la radiació electromagnètica. La matèria fosca (o encara més ben dit, invisible) fou postulada per explicar la dinàmica de galàxies, per a la qual era insuficient el còmput de massa basat en estels i en nebuloses interestel·lars. Vora el 85% de la matèria gravitatòria seria matèria fosca, encara que cal afegir la matèria gravitatòria suposa tan sols vora un terç de l’energia agregada de l’univers. La natura de la matèria fosca és objecte d’intens debat, així com la seva distribució a diferents escales espacials i temporals, incloent-hi la qüestió del seu origen. A les seves publicacions, Tenkanen prova d’oferir respostes a aquestes qüestions. Ha tingut especial ressò aquesta setmana un article seu, titulat “Dark matter from scalar field fluctuations”, que tot just ha estat acceptat per a publicació per Physical Review Letters. El punt de partida és l’assumpció que la matèria fosca pot haver-se originat en la inflació còsmica, bé abans o durant els moments immediatament posteriors al Big Bang. Tenkanen, en aquest article, considera una àmplia classe d’escenaris on un camp escalar lliure massiu arriba inevitablement a un equilibri entre les seus dinàmiques clàssica i quàntica amb una escala temporal característica durant la inflació i que originaria la densitat de matèria fosca de l’univers ulterior. Les fluctuacions de camp escalar determinarien l’abundància i l’espectre de pertorbacions de la matèria fosca. Els escenaris considerats per Tenkanen prediuen de manera general una marcada formació d’estructures que explicarien per què aquest tipus de matèria tan sols interactua gravitatòriament.

Esquema de l’expansió de l’univers. Els primers moments ulteriors al Big Bang, queden marcats per fluctuacions quàntiques i la inflació còsmica. L’evolució ulterior de l’univers és determinada sobretot pel balanç entre la matèria fosca (que promou gravitatòriament la formació d’estels i galàxies) i l’energia fosca (que promou una acceleració de l’expansió de l’univers)

L’origen de la matèria fosca

Una de les possibilitats a considerar sobre l’origen de la matèria fosca és que aquest es trobi en etapes anteriors al Big Bang. D’acord amb el model cosmològic estàndard, el Big Bang és l’origen del temps, de manera que parlar d’etapes anteriors és apartar-s’hi. Una altra possibilitat és que la matèria fosca hagi estat produïda durant el Big Bang a través de la desintegració o l’anihilació de partícules. També pot haver sorgit la quantitat de matèria fosca actual d’un desequilibri promogut durant la inflació còsmica (entre 10-36 s i 10-32 s després del Big Bang). Aquests diferents mecanismes només poden ésser vàlids si condueixen a un resultat coincident amb la quantitat i distribució de matèria fosca que indiquen les nostres observacions, i particularment han d’ajustar-se a les dades que ens ofereix la radiació còsmica de fons de microones.

Tenkanen, en el seu darrer article, considera la possibilitat que la matèria fosca resideixi en un sector amagat que també contingui un camp escalar. Els camps escalars són un element habitual de les extensions del model cosmològic estàndard. La dinàmica dels camps escalars durant la inflació hauria d’aportar les condicions inicials genèriques de la producció no-tèrmica de matèria fosca després de la inflació, o bé els mateixos camps escalars haurien de constituir totalment o parcialment l’abundància observada de matèria fosca.

Concretament, Tenkanen contempla escenaris on el camp escalar que actua com a matèria fosca (o que l’origina) és un camp lliure massiu que assoleix un equilibri durant la inflació entre la deriva clàssica i les fluctuacions quàntiques estocàstiques.

Un camp escalar

En l’escenari més simple, Tenkanen contempla un camp escalar desacoblat amb la radiació i tan sols mínimament acoblat amb la gravetat. Aquest camp escalar no hauria estat el motor de la inflació còsmica, sinó que durant aquest període hauria tingut una posició energèticament subalterna. Així doncs, hauria estat el camp responsable de la inflació i no el camp de la matèria fosca els que hauria generat la pertorbació inicial en la curvatura de l’univers i el que l’hauria reescalfat després de la inflació.

Només al final de la inflació, hi hauria hagut un condensat escalar efectiu amb una densitat energètica efectiva. El corresponent espectre de fluctuacions hauria aportat les condicions inicials de la dinàmica post-inflacionària de l’univers.

El camp escalar hauria de complir les limitacions cosmològiques imposades per la dinàmica inflacionària. També hauria de complir un escenari post-inflacionari on l’univers és dominat per la radiació (època fotònica).

En l’era post-inflacionària, aquest camp escalar actuaria efectivament com un component de la matèria fosca freda (freda en el sentit de posseir velocitats no-relativístiques) suficient per explicar el component fosc de la matèria gravitatòria del nostre univers.

Les fluctuacions en el camp escalar local, en ésser desacoblades de la radiació, generen pertorbacions entre la matèria fosca i les densitats d’energia radiant.

Tenkanen també contempla escenaris on el camp escalar també genera una porció de matèria fosca calenta (és a dir, que es desplaça amb velocitats relativístiques).

El model més simple de Tenkanen descarta qualsevol autointeractivitat notable de la matèria fosca. Així doncs, si en el futur hom observa autointeraccions de la matèria fosca, caldria recórrer a escenaris més complexos.

Lligams:

Dark Matter from Scalar Field Fluctuations . Tommi Tenkanen. Phys. Rev. Lett. 123: 061302 (2019).

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

Respectar els límits de partícules en suspensió de menys de 2,5 micres previndria el 33% de nous casos d’asma infantil

Epidemiologia: Haneen Khreis va fer la tesi doctoral sobre la relació entre la contaminació atmosfèrica lligada al trànsit i l’asma infantil. La perspectiva d’aquesta investigadora és trans-disciplinar, en tant que els aspectes epidemiològics són contemplats a la llum dels impactes sanitaris sobre la política de mobilitat. Des de setembre del 2017 és investigadora al Center for Advancing Research in Transportation Emissions, Energy and Health (CARTEEH) del Texas AM&M Transportation Institute. Abans d’això, havia treballat a l’Institut de Salut Global de Barcelona. Khreis encapçala l’article que ahir avançava l’European Respiratory Journal, òrgan de la European Respiratory Society. Khreis et al. han estimat el nombre de nous casos d’asma infantil a Europa que es poden atribuir a nivells excessius en l’atmosfera de NO2, PM2,5 i carboni negre. Per fer-ho, han modelitzat dades que abasten 63.442.419 infants de 18 països europeus. Calculen que respectar uns nivells de NO2 de menys de 1,5 µg·m-3 previndria un 23% dels casos; que respectar uns nivells de PM2,5 de menys de 0,4 µg·m-3 previndria un 33% dels casos; i que respectar uns nivells de carboni negre de menys de 0,4·10-5·m-1 previndria un 15% dels casos.

Stanica okoliša - Ulica grada Vukovara - Miramare - Trnje - Zagreb

Estació de mesura de la qualitat de l’aire al barri de Miramare (Zagreb)

Contaminació atmosfèrica i asma infantil

Haneen Khreis va fer aquesta recerca entre el CARTEEH i l’ISGlobal. Altres membres de l’ISGlobal que hi participaren foren Marta Cirach, Natalie Mueller, Mark J. Nieuwenhuijsen i David Rojas-Rueda. Tots aquests investigadors participen de la Universitat Pompeu Fabra i del CIBER d’Epidemiología y Salud Pública. Rojas-Rueda treballa actualment al Departament de Environmental and Radiological Health Sciences de la Colorado State University, a Fort Collins.

En aquesta recerca també han participat Kees de Hoogh, investigador del Schweizerisches Tropen- und Public Health-Institut (de Basilea) i Gerard Hoek de la Divisió d’Epidemiologia Ambiental de l’Institut de Ciències de l’Avaluació de Risc de la Universiteit Utrecht.

Khreis et al. se centren en tres variables de la contaminació atmosfèrica:
– diòxid de nitrogen (NO2).
– partícules en suspensió de menys de 2,5 μm.
– carboni negre: component de les partícules en suspensió de menys de 2,5 µm consistent en carboni pur, i que resulta de la combustió incompleta.

Creuen dades d’aquests components de la pol·lució atmosfèrica amb la incidència d’asma infantil. Tenen en compte les taxes d’incidència de divuit països europeus estimades pel “Global Burden of Disease”. D’altra banda consideren les funcions d’exposició-resposta en infants d’1 a 14 anys, d’acord amb les estimacions d’exposició per a zones d’1 km2 (cobreixen els 18 països camb 1.540.386 d’aquestes cel·les). En total l’àrea d’estudi inclou 63.442.419 infants.

Les concentracions mitjanes anuals dels tres tipus de contaminants foren obtingudes d’un model de regressió d’usos del sòl.

Pel que fa als llindars recomanats d’aquests contaminants, tenen en compte dues opcions:
– els valors proposats per les guies de qualitat de l’aire de l’OMS.
– els valors resultants d’una meta-anàlisi de 41 estudis sobre nivells mínims de contaminació atmosfèrica.

La necessitat urgent de reduir l’exposició dels infants a la contaminació atmosfèrica

Els valors de NO2 de l’àrea estudiada oscil·laven entre 1,4 i 70,0 µg·m-3, amb una mitjana d’11,8. Els valors de PM2,5 ho feien entre 2,0 i 41,1 µg·m-3, amb una mitjana d’11,6. Els valors de carboni negre anaven de 0,003 a 3,7·10-5·m-1, amb una mitjana de 1,0·10-5m-1.

Si hom complís les guies de l’OMS, la reducció subsegüent dels nivells de NO2 previndria 2.434 casos (el 0,4% dels nous casos d’asma infantil). La reducció dels nivells de PM2,5 als nivells recomanats per l’OMS previndrien 66.567 casos (l’11%).

Aquests valors són encara superiors si es tenen presents els mínims recomanats que resulten d’una meta-anàlisi d’estudis més recents:
– mantindre els nivells de NO2 per sota de 1,5 μg·m-3, previndria 135.257 casos nous d’asma infantil (el 23% de la incidència).
– mantindre els nivells de PM2,5 per sota de 0,4 μg·m-3, previndria 191.883 casos nous d’asma infantil (el 33% de la incidència).
– mantindre els nivells de carboni negre per sota de 0,4·10-5m-1, previndria 89.191 casos nous (el 15% de la incidència).

Aquests valors mínims recomanables de PM2,5 semblen inabastables, ja que en cap de les cel·les de l’estudi s’han arribat a nivells tan baixos. Només en els casos més extrems de baixa contaminació, es compleixen els valors mínims de NO2. En el cas del carboni negre, arriba als valors mínims recomanats exigiria reduir els nivells mitjans actuals en un 60%.

En tot cas, vora un terç dels casos d’asma infantil es poden atribuir a la contaminació atmosfèrica. L’asma es defineix com una malaltia inflamatòria persistent de les vies pulmonars manifestada en episodis d’esternuts, tos, de broncoespasmes i d’obstrucció respiratòria. Per a Khreis et al. aquest terç dels casos s’haurien de poder previndre a través de mesures que reduïssin l’exposició a la contaminació atmosfèrica.

Lligams:

Outdoor Air Pollution and the Burden of Childhood Asthma across Europe. Haneen Khreis, Marta Cirach, Natalie Mueller, Kees de Hoogh, Gerard Hoek, Mark J. Nieuwnenhuijsen, David Rojas-Rueda. Eur. Resp. J. (2019).

El 33% dels casos nous d’asma infantil a Europa són atribuïbles a la contaminació atmosfèrica. Notícies d’IS Global.

Publicat dins de 3. La Vida | Deixa un comentari

L’expressió diferencial de gens entre femelles i mascles de mamífers

Genètica molecular humana: El dimorfisme sexual fa referència a les característiques (fenotips) secundàries que difereixen entre els sexes d’una espècie. Des del punt de mira genètic, els mamífers segueixen una determinació sexual cromosòmica de manera que el sexe femení és el sexe homogamètic i el sexe masculí és el sexe heterogamètic. Els cromosomes sexuals, doncs, són representats com a X i Y (amb Y com a minicromosoma) i si les femelles tenen una configuració XX, els mascles tenen una configuració XY. En el cromosoma Y es troba l’interruptor genètic que orientarà el programa de desenvolupament embrionari cap al sexe masculí. Aquest programa embrionari es manifestarà en el desenvolupament gonadal però també en totes aquelles característiques secundàries que diferencien mascles de femelles. Els cromosomes sexuals (X, Y) suposen tan sols una part minoritària de tota la dotació cromosòmica, però la diferenciació sexual acaba per afectar l’expressió de gens situats també en els altres cromosomes (autosomes). O, dit d’una altra manera, l’expressió diferencial és la base transcriptòmica del dimorfisme sexual. El grup de recerca de David C. Page és conegut, fins i tot més enllà de l’àmbit de les ciències biològiques, pels seus estudis sobre les diferències (epi)genètiques entre mascles i femelles. Aquesta setmana la revista Science publica un article del grup de Page sobre les diferències sexuals en l’expressió gènica de dotze teixits diferents de cinc espècies de mamífers (humans, ratolins, rates, gossos i macacos). En aquest estudi paren especial atenció a com afecta aquesta expressió diferencial de gens a les diferències sexuals en l’altura de l’espècie humana. També observen com en diferents espècies divergeixen els patrons d’expressió gènica vinculada al sexe. En termes generals, hom pot dir que en els mamífers els mascles són més grossos que les femelles, i que hi ha diferències metabòliques, cardiovasculars i immunitàries, però en aquest estudi Naqvi et al. contribueixen al catàleg del biaix sexual de l’expressió gènica. L’objectiu en darrer terme és identificar quins factors de transcripció contribueixen en diferents mamífers al dimorfisme sexual. D’acord amb el model de Naqvi et al. hi ha uns 3000 gens que en les cinc espècies estudiades mostren un biaix de sexe en l’expressió, que a més sol ésser específic de teixit. Aquests gens on el biaix de sexe és conservat entre els mamífers podrien explicar el 12% de les diferències sexuals en l’estatura mitjana humana. Un exemple és el factor de transcripció LCORL, que tendeix a expressar-se més en femelles, i que s’associa genèticament amb la mida corporal. No obstant, la major part (vora un 77%) dels gens que presenten una expressió esbiaixada segons el sexe, ho són de manera exclusiva d’una espècie o d’un grup d’espècies, i no part dels tots els mamífers. Això darrer és particularment rellevant per Naqvi et al., ja que llavors les diferències sexuals moleculars que s’observen en una espècie de mamífer no necessàriament es mantenen per a d’altres espècies.

Naqvi et al. han realitzat un estudi transcriptòmic en dotze teixits diferents (cervell, glàndula pituïtària, tiroides, cor, pulmó, fetge, melsa, glàndula adrenal, còlon, teixit adipós, pell i múscul) de cinc espècies de mamífers (humans, macacos, ratolins, rates i gossos)

La genètica del dimorfisme sexual

Aquesta recerca fou dissenyada per Sahin Naqvi, Alexander K. Godfrey, Jennifer F. Hughes i David C. Page. Tots quatre són investigadors del Whitehead Institute de Cambridge (Massachusetts). Naqvi, Godfrey i Page pertanyen a més al Department of Biology del MIT. Page també treballa al Brigham and Women’s Hospital, de la Havard Medical School, de Boston.

Hughes aportà les mostres de teixits de Macaca fascicularis. Mary L. Goodheart, del Howard Hughes Medical Institute i del Whitehead Institute, aportà mostres de teixits de rata (Rattus norvegicus) i de ratolí (Mus musculus), amb l’ajut de Naqvi.

Naqvi processà les mostres de teixit i realitzà les anàlisis bioinformàtiques, amb l’ajut de Godfrey. El metge patòleg Richard N. Mitchell, del Brigham and Women’s Hospital, realitzà les avaluacions histològiques de les preparacions de teixits humans.

La supervisió de la recerca anà a càrrec de Page. Naqvi i Page redactaren l’article. Les dades d’expressió gènica s’han publicat a la base de dades Gene Expression Omnibus. Els autors agraeixen a Daniel W. Bellott, Lukáš Chmátal i Richard Ransohoff la lectura crítica que feren de l’estudi. L’estudi fou finançat gràcies al projecte que Biogen, Inc té amb Naqvi i Page, i aportacions del Whitehead Institute, del NIH (R01HG007852 dedicat a fer accessibles regions genòmiques estructuralment complexes, i U01HG007857), del HHMI, i de donacions de Brit i Alexander d’Arbeloff i Arthur W. i Carol Tobin Brill.

Quan parlem de dimorfisme sexual pensem en els trets antropomètrics, però l’expressió també es pot estendre a les diferències sexuals en el metabolisme energètic, la morfologia cerebral i en les funcions immunitària i cardíaca. Aquestes diferències anatòmiques i fisiològiques també s’expressen en diferències de caire patològic, és a dir en la incidència, prevalença i mortalitat de malalties autoimmunitàries i cardiovasculars, o de trets com l’autisme.

La fisiologia comparada s’ha ocupat de com s’expressen aquestes diferències en diferents espècies. En els mamífers, en termes generals, els mascles són més grossos que les femelles, i sovint s’observen diferències en els sistemes neurològic, immunitari i cardiovascular, però el cert és que hi ha espècies més i menys dimòrfiques.

Les diferències fisiològiques i anatòmiques, és a dir les diferències fenotípiques, deuen tenir una base material en l’expressió gènica, és a dir en el transcriptoma de cada espècie. És cert que hi ha diferències genòmiques per sexes entre els mamífers, ja que el cromosoma Y, exclusiu dels mascles, conté gens que són específics d’aquest sexe, alguns dels quals s’expressen en molts teixits. També és cert que mentre els mascles són monosòmics per al cromosoma X, les femelles són disòmiques, encara que cal dir la inactivació d’un dels cromosomes X és gairebé general en tots els teixits de l’organisme. Però, comptat i debatut, els genomes de mascles i femelles d’una mateixa espècie no difereixen prou com perquè es pugui explicar el dimorfisme sexual per factors purament genòmiques. Les diferències, doncs, cal trobar-les en l’expressió gènica, i Naqvi et al. pensen que per fer-ho cal una aproximació òmica: que abasti tot el genoma, que estudi el nombre més elevat possible de teixits i que ho faci amb una perspectiva comparada entre diferents espècies. Aquesta perspectiva comparada els ha de permetre diferenciar entre el biaix d’expressió per sexe que és conservat en tots els mamífers i el que és específic de llinatges o espècies concretes. La perspectiva multitissular permet confrontar aquest biaix d’expressió per sexe en diferents tipus cel·lulars.

Els teixits estudiats

Per als teixits humans, Naqvi et al. han recorregut al projecte Genotype-Tissue Expression (GTEx). En aquesta banc de teixits, les mostres histològiques es troben classificades d’acord amb la causa de la mort, l’historial mèdic i anotacions dels patòlegs que les prepararen.

Les mostres de teixits procedents de macacos, ratolins, rates i gossos procedeixen d’animals sans (tres per cada espècie i sexe), i es recolliren en la primera hora després de l’eutanàsia. En el cas de femelles, en el moment de l’eutanàsia eren fora de l’estre. L’extracció d’ARN, la preparació de la genoteca i la seqüenciació d’ARN es feien en lots de preparació aleatoritzats pel que fa al teixit, l’espècie i el sexe.

El conjunt de dades transcriptòmiques fou analitzat amb un model lineal mixt per tal d’identificar gens que mostressin un biaix consistent d’expressió segons el sexe en diferents espècies i per a cada teixit. Amb una reducció adaptativa multivariada (mashr) s’identificaven canvis específics de llinatge en el biaix per sexe. La repetició de les anàlisis amb permutacions de les mostres va permetre d’estimar la taxa de falses descobertes. Les magnituds dels biaixos eren comprovades en bases de dades independents a través de la reanàlisi de les dades crues. Els biaixos específics de llinatge en cada teixit servien per a identificar quins llocs d’unió a factors de transcripció participaven en aquests biaixos. Els models existents servien també per predir l’impacte dels biaixos sobre l’estatura en l’espècie humana.

Cent milions d’anys d’evolució

Les cinc espècies contemplades en aquest estudi (Homo sapiens, Macaca fascicularis, Mus musculus, Rattus norvegicus i Canis familiaris) són totes membres del clade dels boreoeuteris, el darrer ancestre comú dels quals degué viure fa 80-100 milions d’anys. Els boreoeuteris són actualment el clade més important dels mamífers placentaris (euteris), del qual tan sols són exclosos els afroteris (on hi ha l’elefant) i els xenartres (on hi ha l’ós formiguer).

Els dotze teixits analitzats són: teixit adipós, glàndula suprarenal, cervell, còlon, cor, fetge, pulmó, múscul, hipòfisi, pell, melsa i tiroide. Aquests dotze teixits cobreixen les tres capes germinals embrionaris (ectoderma, mesoderma i endoderma).

Després d’aplicar-hi un control de qualitat, Naqvi et al. obtingueren 740 mostres humanes de seqüències d’ARN de teixits humans i 277 de teixits no-humans. Per relacionar aquestes mostres es tingueren en compte els nivells d’expressió de 12.939 gens codificants de proteïnes ortòlogues. És interessant remarcar que les mostres s’agrupen abans d’acord amb el teixit que no pas amb l’espècie, i que l’agrupació segons el sexe va darrera de l’agrupació d’acord amb el teixit i l’espècie. De totes maneres, el sexe contribueix de manera significativa en les diferències en expressió gènica.

El biaix d’expressió per sexe conservat en les cinc espècies estudiades

Per a cada teixit, es considera que un gen mostra un biaix conservat per sexe, si hi ha un canvi en un sentit superior al 5% que és present, si més no, en quatre de les cinc espècies estudiades. Naqvi et al. assumeixen que en aquest cas el biaix per sexe seria una característica heretada del darrer ancestre comú dels boreoeuteris.

De 113.853 parells de gen expressat+teixit, n’hi ha 3885 parells que mostren un biaix conservat per sexe. Aquests 3885 parells es corresponen a 3161 gens diferents. Cal dir que en la majoria de casos (90%) el biaix d’expressió no arriba a 2 (és a dir que el sexe que expressa més aquest gen en un teixit no ho fa més de 2 vegades el nivell d’expressió de l’altre sexe). El teixit que mostra un major nombre de gens amb biaix conservat per sexe és la glàndula hipofisària (805 gens) i el que menys és el còlon (128).

Dels 3161 gens que mostren biaixos conservats per sexe, n’hi ha 562 (18%) que mostren un biaix d’expressió en més d’un teixit. En general, els biaixos per sexe en diferents teixits d’un mateix gen tendeixen a anar en la mateixa direcció. De tota manera, podem dir que el biaix conservat per sexe és majoritàriament específic de teixit.

Els gens dels cromosomes sexuals, com era d’esperar, mostren un major biaix d’expressió per sexe. Tots els gens localitzats en els cromosoma Y tenen un biaix masculí d’expressió. Entre els gens localitzats en el cromosoma X trobem una major proporció de biaixos conservats d’expressió per al sexe femení. Aquests gens de biaix femení del cromosoma X solen ésser els que escapen a la inactivació d’un dels dos cromosomes X en correspondre’s a la regió dels cromosomes sexuals que tenen homologia entre els cromosomes X i Y.

Cal dir, de tota manera, que el 85-95% dels gens amb biaix d’expressió per sexe són presents en cromosomes no-sexuals (autosomes).

El biaix d’expressió per sexe específic de llinatge

La major part del biaix d’expressió gènica per sexe no és conservat en les cinc espècies estudiades. Naqvi et al. estimen en 6539 (23%) els parells gen-teixit de biaix per sexe que ja serien presents en l’ancestre comú dels boreoeuteris, mentre que 22.194 (77%) del parells haurien adquirit el biaix per sexe en algun moment posterior en l’escala evolutiva. El quadre és més complex quan es consideren 8495 parells que no es poden assignar fàcilment ni a “biaix conservat” i a “biaix específic de llinatge”).

Si hom considera els diferents teixits, els biaixos conservats dominarien únicament en la glàndula pituïtària, mentre que en els altres la major part dels biaixos serien específics de llinatge.

Els gens amb biaix per sexe tendeixen a patir una menor pressió selectiva

Els gens que s’expressen en molts teixits i que ho fan a forts nivells d’expressió són considerats gens clau (“housekeeping genes”) i se suposa que pateixen una pressió selectiva més a forta, en el sentit que la selecció natural restringeix més fortament la seva deriva. Naqvi et al. observen que els gens amb biaix per sexe mostren un abast d’expressió inferior al gens que no tenen aquest biaix. Entre els teixits, el pulmó és una excepció, ja que en el teixit pulmonar els gens amb biaix per sexe mostren una expressió més ampla. Però val a dir que els gens que en mamífers mostren un biaix per sexe també tendeixen a presentar un menor abast d’expressió en una espècie no-mamiferiana com són els pollastres. D’alguna manera, es reprodueix l’antic concepte darwinià segons el qual la selecció per sexe ocupa un lloc secundari darrera de la selecció adaptativa general.

Els gens que mostren un biaix per sexe en l’expressió en cor, melsa o fetge, també són els que presenten una menor conservació de seqüència quan es comparen entre espècies diferents de mamífers. Com més pleiotròpica és l’expressió d’un gen o més rellevant sembla ésser la seva funció, i més conservada la seva seqüència, menys probable és que pugui arribi a presentar un biaix d’expressió per sexe.

Biaix d’expressió per sexe i mida corporal

En la majoria d’espècies de mamífers els mascles són significativament més grossos que les femelles. En l’espècie humana, la mitjana d’estatura dels homes és 10-15 cm superior a la mitjana de les dones: una diferència del 7-13%. És clar que això no impedeix que hi hagi moltes dones que siguin més altes que alguns homes, i que hi hagi molts homes que siguin més baixos que algunes dones. En altres espècies, la diferència és més marcada i el grau de superposició entre sexes és força menor.

L’estatura humana depèn de factors genètics i ambientals (particularment, nutricionals). En el factor genètic de l’estatura humana hi intervenen molts gens, que ho fan, a més, d’una manera semblant en homes i dones. Més de 700 gens mostren una associació amb l’estatura humana, i només un grapat s’hi associen de manera específica d’acord amb el sexe. La diferència d’estatura entre sexes s’ha atribuït a pressions selectives diferents, que fan que l’estatura òptima per a l’èxit reproductiu sigui superior entre els homes que entre les dones. Estudis en altres espècies de mamífers troben resultats semblants.

La diferència en l’estatura entre dones i homes s’associa a biaixos en l’expressió gènica, alguns dels quals són compartits amb altres primats i d’altres, de manera més general, amb altres boreoeuteris

Naqvi et al. han trobat 560 parells gens-teixits que mostren una associació amb l’estatura humana i un biaix conservat per sexe. Aquests parells afecten a tots els teixits, però el nombre més elevat es troba en els teixits muscular, adipós i pituïtari. Molts d’aquests gens participen en funcions metabòliques. Els gens amb un biaix masculí presenten una associació més elevada amb l’estatura que no pas els gens amb un biaix femení. En general, els gens amb biaix masculí contribueixen a una estatura més elevada, els gens amb biaix femení ho fan en un sentit oposat.

El biaix conservat per sexe podria contribuir a una diferència entre sexes d’1,6 cm d’estatura mitjana, és a dir al 12% de la diferència observada. Un exemple d’aquests gens és el factor de transcripció LCORL, que presenta un biaix conservat en la glàndula pituïtària que el fa expressar-se més en femelles de mamífers. Aquest gen, en l’espècie humana, contribueix a una reducció en l’estatura, però polimorfismes d’aquest gen també condueixen a diferències en la mida corporal de gossos, bous o cavalls.

Els efectes metabòlics del biaix d’expressió per sexe

Els biaixos conservats i adquirits per sexe afecten diferents sistemes biològics. Els gens amb un biaix conservat masculí en la glàndula pituïtària participen especialment en la via de senyalització de l’AMPc, important en la resposta a l’estrès. Els gens amb un biaix conservat femení en el còlon i en la tiroides participen especialment en vies del sistema immunitari adaptatiu. Els gens amb un biaix conservat femení en el teixit adipós participen especialment en la síntesi mitocondrial de proteïnes i en el processament d’ARN ribosomal. Els gens amb un biaix adquirit masculí en el fetge, en el teixit adipós i en el cor participen especialment en el metabolisme d’àcids grassos, en la regulació de la secreció hormonal i en el metabolisme nucleotídics. Els gens amb un biaix adquirit femení en el fetge participen especialment en l’organització de la matriu extracel·lular.

L’evolució dels biaixos d’expressió per sexe en els factors de transcripció

Naqvi et al. han estudiat els promotors de gens que presenten un biaix adquirit d’expressió per sexe en un teixit, i els han comparat amb els promotors de gens ortòlegs d’altres espècies que no presenten aquest biaix. En 83 casos troben que aquests promotors contenen llocs d’unió a factors de transcripció que presenten un biaix per sexe en el mateix teixit. Aquests 83 casos es corresponen al biaix per sexe de 6073 parells gen-teixit, és a dir el 27% de tot el biaix específic per sexe.

Un exemple d’aquests factors de transcripció és PKNOX1, que presenten un biaix masculí d’expressió en teixit muscular. Els canvis en els motius d’unió a PKNOX1 expliquen els canvis en el biaix per sexe que experimenten altres gens.

La limitació dels models no-humans en l’estudi de les diferències sexuals en l’espècie humana

L’estudi de Naqvi et al. posa de manifest l’existència un biaix conservat per sexe en l’expressió gènica. Però alhora també mostra que hi ha una major afinitat en els nivells d’expressió d’acord amb l’espècie que no pas d’acord amb el sexe. A més, la major part del biaix per sexe en l’expressió gènica no és conservat entre tots els mamífers, sinó que ha evolucionat de manera més recent i diferenciada en cada llinatge.

Naqvi et al. posen com a exemple el fet que les variants genètiques que disminueixen l’expressió del gen KLF14 en teixit adipós s’associen en l’espècie humana amb un augment de la resistència a la insulina i un major risc de diabetis de tipus 2 únicament en les dones. En canvi, una reducció en l’expressió del gen Klf14 en el teixit adipós de ratolins té un efecte pro-diabètic semblant en tots dos sexes.

Naqvi et al. recorden que el biaix conservat per sexe explica tan sols el 12% de la diferència sexual en l’estatura mitjana humana. Hi ha altres factors genètics esbiaixats per sexe que hi deuen contribuir, i que encara no han estat identificats. Entre els gens que hi podrien contribuir, Naqvi et al. citen a SHOX.

Naqvi et al. consideren que el pas següent és catalogar de manera específica segons cada teixit i cada espècie, els factors que expliquen l’adquisició o pèrdua de l’expressió gènica esbiaixada per sexe durant l’evolució de cada llinatge de mamífers. Es tractaria de reconstruir de manera detallada com des dels cromosomes sexuals s’activa un programa hormonal diferent que condueix a un biaix d’expressió en factors de transcripció.

Lligams:

Conservation, acquisition, and functional impact of sex-biased gene expression in mammals. Sahin Naqvi, Alexander K. Godfrey, Jennifer F. Hughes, Mary L. Goodheart, Richard N. Mitchell, David C. Page. Science 365 eaaw7317 (2019)

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

Adipima 1, un home anatòmicament modern de fa 210.000 anys

Paleoantropologia: L’any passat per aquestes dates parlàvem de les reflexions d’Eleanor M. L. Scerr sobre la nostra espècie, Homo sapiens, és a dir allò que s’acostuma a designar com “l’home anatòmicament modern”, per bé que de vegades aquest concepte es plasma en la subespècie Homo sapiens sapiens. La discussió sobre l’origen de l’Homo sapiens se centra, és clar, en les restes africanes. En l’època de l’aparició de l’Homo sapiens, Euràsia era poblada per “homes arcaics”. En aquest debat, però, irromp ara un article a la revista Nature que encapçala Katerina Harvati en el que se’ns diu que fòssils de la Cova Adipima constituirien els espècimens més antics coneguts d’Homo sapiens a Euràsia, amb una antiguitat de 210.000 anys. Una data tan pretèrita ens porta a la “fase de formació” de l’home anatòmicament modern, i efectivament Adipima 1 mostra una combinació de trets moderns i arcaics. Aquesta població d’Homo sapiens (a la qual pertanyeria Adipima 1), present a la Grècia del Pleistocè Mitjà, hauria estat substituïda després per una població d’Homo neanderthalensis (representada per Adipima 2).

Imatges de l’espècimen Adipima 2

La Cova Adipima

Les restes que són objecte d’aquest estudi (Adipima 1 i Adipima 2) foren trobades fa més de quaranta anys a la Cova Adipima, al sud de Grècia. Des de llavors han estat objecte de controvèrsia. El fet que siguin restes de cranis incomplets, que en el procés de fossilització hagin patit distorsions, i que en la descoberta no es preservés el context arqueològic, no ajuda realment a oferir una resposta definitiva i concloent ni sobre la classificació ni sobre la datació.

Una reconstrucció virtual

Katerina Harvati és coneguda per l’aplicació de tècniques de reconstrucció virtual aplicades a la paleoantropologia. En aquesta recerca sobre els cranis d’Adipima, Harvati et al. fan una reconstrucció virtual de tots dos cranis. Gràcies a aquesta reconstrucció virtual fan una anàlisi comparativa entre ells i cranis trobats corresponents a la transició entre els homes arcaics (com els neandertals) i els homes moderns (Homo sapiens).

La datació

Com a tècnica de datació, Harvati et al. utilitzen mètodes radiomètrics basats en les sèries d’urani. D’acord amb aquestes tècniques proposen per a Adipima 1 una antiguitat de 210.000 anys i per a Adipima 2 de 170.000.

Adipima 1

El crani Adipima 1 mostra un mosaic de trets moderns i arcaics.

Imatges d’Adipima 1

Adipima 2

El crani Adipima 2 mostra característiques típiques de l’home de Neandertal

De l’home arcaic a l’home modern

El gènere humà apareix a Àfrica fa 2,5 milions d’anys. Des d’Àfrica es difondrà a Euràsia. La visió simple és suposar que a Àfrica apareix l’Homo habilis, i que de la difusió a Euràsia sorgeix l’Homo erectus. La tercera fase del, Homo sapiens, també apareix a Àfrica i en expandir-se per Euràsia substitueix a les formes arcaiques hereves de l’Homo erectus.

Aquesta simplificació, però, no ofereix un quadre complet de tota la diversitat. Com més peces s’afegeixen al quadre, més intricades són les relacions.

Harvati et al. interpreten els seus resultats sobre els cranis de la cova Adipima com una mostra del fet que la dispersió fora d’Àfrica dels primers humans moderns (Homo sapiens) no fou un únic esdeveniment. Fa més de 200.000 anys, un grup dels primers Homo sapiens ja era present a Grècia (Adipima 1). Com passa amb els primers Homo sapiens hi ha un mosaic entre trets arcaics i trets moderns. Aquesta població local d’Homo sapiens hauria estat desplaçada, però, (o potser absorbida) per neandertals (Adipima 2) fa uns 170.000 anys. Eventualment, l’home anatòmicament modern (Homo sapiens sapiens) desplaçaria fa uns 50.000 anys els neandertals de l’actual Grècia.

En qualsevol cas, el quadre del Pleistocè Mitjà tardà de l’Europa sud-oriental haurà de ser considerat amb l’assumpció de processos demogràfics complexos. I paga la pena fer-ho valorant el propi període, bo i estalviant-se els biaixos presentistes.

Lligams:

Apidima Cave fossils provide earliest evidence of Homo sapiens in Eurasia. Katerina Harvati, Carolin Röding, Abel M. Bosman, Fotios A. Karakostis, Rainer Grün, Chris Stringer, Panagiotis Karkanas, Nicholas C. Thompson, Vassilis Koutoulidis, Lia A. Moulopoulos, Vassilis G. Gorgoulis & Mirsini Kouloukoussa. Nature. (2019)

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

Canvi climàtic i risc de mortalitat per malaltia cardiovascular a Espanya entre 1980 i 2016

Epidemiologia: Com vam veure, per exemple, el passat mes de febrer, la recerca de Joan Ballester es mou en la interfície entre la fisiologia, la climatologia i la sociologia. Un altre exemple el tenim ara en un article a la revista The Lancet Planetary Health. En aquest article, escrit en col·laboració amb Hicham Achebak i Daniel Devolder exposen les tendències a l’Espanya contemporània (1980-2016) en mortalitat cardiovascular associada a les temperatures ambientals. Es tracta d’una anàlisi de sèries temporals, estructurada per edats i sexe. En les darreres quatre dècades, les temperatures mitjanes anuals a Espanya han pujat 1 K, i Ballester et al. volien saber si aquest escalfament climàtic té un impacte en termes de salut sobre la població. Per fer-ho se centren en la principal causa de mort, les malalties cardiovasculars. Aquesta anàlisi cobreix les 48 províncies peninsulars i balears del Regne d’Espanya. Utilitzen dades del Instituto Nacional de Estadística (INE) sobre mortalitat diària per malaltia cardiovascular, referida a sexe, edat i província del difunt. Les creuen amb les dades de temperatura mitjana diària del European Climate Assessment and Dataset (ECAD) a través d’un model de regressió quasi-Poisson per a cada província, bo i controlant les tendències estacionals i pluriennals. Així estimen els canvis temporals en les associacions entre temperatura i mortalitat de cada província. Amb una meta-anàlisi estimen per a cada província la millor predicció lineal d’aquesta associació, i la temperatura a la qual es minimitza la mortalitat cardiovascular. Poden així atribuir una fracció de la mortalitat cardiovascular bé a la calor o bé al fred. En el període estudiat (1980-2016) es registraren 4.576.600 defuncions atribuïdes a malaltia cardiovascular. Les temperatures càlides s’associen a un augment del risc relatiu de mort cardiovascular: aquest augment és superior en les dones que en els homes i superior en les persones d’edat molt avançada (majors de 90 anys). Les temperatures fredes també s’associen a un augment del risc relatiu de mort cardiovascular, però més en homes que en dones, i creix especialment en homes d’edat avançada. Entre 1980 i 1994 la temperatura que minimitzava la mortalitat cardiovascular a Espanya era de 19,5 °C, i entre el 2002 i 2016 ja havia pujat a 20,2 °C. Es curiós que aquest augment de 0,7 K sigui semblant a l’augment de la temperatura mitjana de 0,77 K registrat entre 1980 i 2016. Val a dir, en tot cas, que la fracció de morts cardiovasculars atribuïbles a la calor o al fred disminueix en aquest període per a homes i per a dones, i per tots els grups d’edat. Així en homes la mortalitat cardiovascular atribuïble a la calor és un 42% inferior en el període 2002-2016 comparat amb el de 1980-1984. En dones, aquesta disminució és del 37%. En la mortalitat cardiovascular atribuïble al fred també és registra una disminució, més marcada en dones (45%) que en homes (30%). Aquestes dades mostren a Espanya una adaptació substancial tan a la calor com al fred, que potser cal atribuir al desenvolupament socioeconòmic, a l’augment de l’esperança de vida, a la millor qualitat de vida i al progrés dels serveis d’atenció de la salut.

Risc relatiu de mortalitat cardiovascular en relació a la temperatura ambiental per a diferents grups d’edat i de sexe de la població espanyola. El risc relatiu es minimitza en la temperatura que marca la diferència entre “massa fred” i “massa calor”.

Canvi climàtic i salut

Hicham Achebak es graduà en geografia i planificació territorial a la Universitat Rovira i Virgili. Interessat en qüestions de salut, fertilitat i envelliment, fa la tesi doctoral al Centre d’Estudis Demogràfics (CED) de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i al Departament de Clima i Salut de l’Institut de Salut Global de Barcelona (ISGlobal). La tesi doctoral tracta sobre l’impacte de l’escalfament climàtic en la fertilitat, morbiditat i mortalitat de la població espanyola (Achebak et al., 2018).

Daniel Devolder Pennanguer es doctorà en economia per la Université Paris I. Investigador i professor associat del Departament d’Economia i Història Econòmica de la UAB és interessat en les relacions entre salut, fecunditat i envelliment, una de les línies d’investigació del Centre d’Estudis Demogràfics.

Joan Ballester és professor ajudant de recerca de clima i salut a l’ISGlobal de Barcelona.

Aquest estudi fou dissenyat per Achebak. Ballester forní les dades utilitzades, que foren analitzades estatísticament per Achebak i Ballester. Achebak, Ballester i Devolder interpretaren els resultats. Achebak redactà una proposta d’article, amb la col·laboració de Ballester i Devolder.

Achebak té el suport dels projectes B00391 (FI-2018) i 100180 (FI-2019) del Secretariat d’Universitats i Recerca del Departament d’Empresa i Coneixement del Govern de la Generalitat. Ballester té el suport de projectes d’Horizon 2020 de la Unió Europea. Els autors agraeixen la tasca d’ECAD en l’obtenció de la base de dades meteorològiques E-OBS.

L’1 de desembre del 2018, Achebak et al. feren una recerca d’articles en llengua anglesa de la base de dades PubMed amb la següent tira:
– (“temperature” OR “heat” OR “cold”) AND (“mortality” OR “deaths” OR “cardiovascular mortality”).

D’aquesta recerca bibliogràfica recuperaren un seguit d’estudis sobre valoracions temporals en l’associació entre calor i mortalitat, els quals mostraven una reducció en el risc relatiu de mortalitat deguda a la calor. Aquesta reducció es constatava en molts contextos, principalment en països desenvolupats. Vet ací, doncs, una paradoxa en una època on s’observa una tendència a l’alça de les temperatures ambientals. Pel que fa a la risc de mortalitat atribuïble al fred també s’observa una reducció en els darrers 30 anys. El que trobaren a faltar Achebak et al. en aquell moment eren dades estructurades demogràficament per sexe i edat, o referides a causes concretes de mort.

D’acord amb aquesta anàlisi bibliogràfica, Achebak et al. consideren que el seu és el primer estudis que valora exhaustivament l’impacte de l’augment de la temperatura ambiental observat a Espanya des del 1980 (i que seria d’1 K) sobre la mortalitat cardiovascular d’acord amb el sexe i l’edat. Les dades indiquen que l’escalfament global observat en les darreres dècades s’ha acompanyat d’una adaptació substancial tant al fred com a la calor, de manera que el risc relatiu per temperatures no-òptimes ha disminuït.

En parlar d’adaptació cal distingir entre un component intrínsec (degut a una aclimatació fisiològica) i un component extrínsec (degut a factors no-climàtics, com el desenvolupament socio-econòmic o els serveis d’atenció sanitària). Segurament en el context d’actual escalfament climàtic hi juguen tots dos components pel que fa a l’adaptació a la calor, però únicament el component extrínsec en l’adaptació al fred.

Obtenció i anàlisi de dades

S’obtingueren de l’INE les dades diàries de mortalitat cardiovascular (és a dir, la que tingué una malaltia cardiovascular com a causa primària de la defunció) des de l’1 de gener del 1980 al 21 de desembre del 2016. Aquestes dades eren desagregades per sexe, per grups d’edat (0-14, 15-29, …, 75-89, ≥90 anys) i província.

En el període estudiat (1980-2016) hi hagué un canvi en la Classificació Internacional de Malalties (ICD), en passar-se en 1998 de la novena revisió (ICD-9) a la desena (ICD10). En la ICD-9, les causes de mort ocupaven els codis 390-459. En la ICD-10 ocupen els codis I00-I99. Achebak et al. constaten que el canvi no produí valors substantivament diferents entre el 1998 (amb ICD-9) i el 1999 (amb ICD-10).

Les dades de temperatura mitjana diària foren obtingudes de E-OBS gridded dataset 16, que té una resolució geogràfica de 15 minuts d’arc. A partir d’elles es feren estimacions regionals.

En l’anàlisi estatística s’aplicaren models de regressió quasi-Poisson de sobredispersió per a tot el període de 1980-2016, i per a subconjunts mòbils de 15 anys (1980-94, 1981-85,…, 2002-16). Per a cadascuna de les 48 províncies analitzades s’estimaren associacions entre temperatura i mortalitat, que s’expressaren en termes de risc relatiu per a cada sexe i per a cada grup d’edat. Els models emprats ajustaven les tendències estacionals i de llarg termini, així com controlaven l’efecte del dia de la setmana. Es considerà un període de latència de 21 dies, per tal de recollir també els efectes no immediats d’onades de fred o de calor.

Després es realitzà una meta-anàlisi d’efectes aleatoris multivariats per estimar els valors mitjans de risc relatiu. Així s’obtingueren les temperatures que minimitzaven la mortalitat cardiovascular en cada província i en l’agregat nacional.

Era considerada mortalitat relacionada amb la calor les que s’associaven amb temperatures diàries del percentil 85 i superior. La mortalitat relacionada amb el fred era l’associada amb les temperatures inferiors a la mediana.

En analitzar els grups d’edat, Achebak et al. trobaren que la mortalitat cardiovascular de persones menors de 60 anys era massa baixa per aplicar-hi aquest model (ja que els menors de 60 anys tan sols representen el 7% de la mortalitat cardiovascular a Espanya). D’aquesta manera l’anàlisi per edats s’aplicà exclusivament als grups d’edat de 60-74 anys, de 75-89 anys i de majors de 90 anys.

Un total de 4.576.600 morts cardiovasculars

En les 48 províncies peninsulars i balears, entre l’1 de gener del 1980 i el 31 de desembre del 2016 es registraren 4.576.600 morts per malaltia cardiovascular. Aquestes morts representen el 38,2% de tota la mortalitat per causes naturals del període. Cal constatar, d’entrada, que les taxes de mortalitat cardiovascular disminueixen al llarg del període d’estudi: aquesta disminució es produeix tant en homes com en dones i es verifica en tots els grups d’edat, i molt particularment entre els majors de 90 anys. Aquesta reducció en la mortalitat cardiovascular es deu a la disminució de la mortalitat per malalties cerebrovasculars, aterosclerosi o infart agut de miocardi.

L’escalfament climàtic a Espanya visualitzat en la distribució de temperatura mitjanes diàries del període 1980-1994 i del període 2002-2016. En 1980-1994, la temperatura mitjana estival fou de 20,48°C i la hivernal de 9,61°C. En 2002-2016, la primera havia pujat a 21,16°C i la segona a 10,43°C. Hi ha doncs un desplaçament cap a valors superiors, amb més dies de calor moderada i extrema, i menys dies de fred moderat i extrem.

Les corbes de temperatura i mortalitat cardiovascular tenen una forma asimètrica d’U o de V. Apareix una temperatura òptima que minimitza la mortalitat cardiovascular: aquesta es dispara si la temperatura es fa més càlida, però també augmenta la mortalitat, encara que sense la mateixa pendent, si la temperatura disminueix. Aquestes corbes tenen un perfil diferent per a homes i dones: les pendents en les dones són més pronunciades en temperatures càlides, i menys pronunciades en temperatures fredes. També són diferents el perfils per grups d’edats: les pendents en la gent gran (majors de 75 anys) són més pronunciades.

En el període estudiat hi ha una reducció substancial en el risc de mortalitat cardiovascular associades tan a temperatures càlides com a temperatures fredes. Les corbes de temperatura-mortalitat tendeixen, doncs, a aplanar-se amb els anys.

En el període 1980-94, la temperatura ambiental que minimitzava la mortalitat cardiovascular a Espanya era de 19,5°C. En el període 2002-16, aquesta temperatura havia pujat a 20,2°C. És un augment de 0,7 K, no gaire diferent a l’augment de la temperatura ambiental diària que es registra entre els dos període (0,77 K). La temperatura de mortalitat mínima és més elevada per a homes que per a dones. En grups d’edat avançada, la temperatura de mortalitat mínima és inferior a la de grups més joves.

Les reduccions en el risc relatiu de mortalitat cardiovascular per calor o per fred s’acompanyen d’una disminució de la mortalitat atribuïble a la calor o al fred. En homes la caiguda de mortalitat cardiovascular associada a la calor entre 1980-1994 i 2002-2016 és de 42%, mentre que en dones és del 37%. Pel que fa a la mortalitat cardiovascular associada al fred, la caiguda és del 30% en homes i del 45% en dones. En termes generals, els homes són més susceptibles al fred, i les dones són més susceptibles a la calor.

El fenomen d’adaptació

Malgrat la rapidesa de l’escalfament climàtic (1 K en 40 anys en força elevat), la població espanyola mostra una adaptació a la calor i al fred en termes de reducció de la mortalitat cardiovascular associada a temperatura. Un signe d’adaptació és el fet que la temperatura que minimitza la mortalitat cardiovascular hagi augmentat al mateix ritme que ho ha fet la temperatura ambiental mitjana.

Per Achebak et al., l’adaptació fisiològica i comportamentual de les poblacions espanyoles a les condicions climàtiques locals és l’explicació principal de la forta associació entre la temperatura de mortalitat mínima i les temperatures mitjanes anuals. La reducció de la mortalitat cardiovascular atribuïble a la calor es trobaria en millores en els habitatges i en els sistemes d’atenció sanitària (els professionals dels quals són ara més amatents a la morbiditat associada a la calor), però també a la reducció d’altres factors de risc (disminució del tabaquisme, millora de l’alimentació, etc.).

Pel que fa a la reducció de la mortalitat cardiovascular atribuïble al fred, Achebak et al. pensen en la rellevància del desenvolupament socio-econòmic, de la millora de l’assistència sanitària, i dels guanys en qualitat i esperança de vida.

Els indicis de millora socioeconòmica són clars:
– el PIB per càpita a Espanya ha passat de 8.789 € (1991) a 22.813 € (2009).
– l’esperança de vida al naixement ha passat de 77,08 anys (1991) a 81,58 anys (2009).
– la despesa sanitària per càpita ha passat de 605 € (1991) a 2.182 € (2009).
– la despesa en protecció social per càpita ha passat de 1845 € (1991) a 5746 € (2009).
– el nombre de metges ha passat de 3930 per cada milió d’habitants (1991) a 4760 (2009).
– el percentatge de llars amb calefacció central ha passat del 25,83% (1991) al 56,85% (2011).
– el percentatge de llars amb aire condicionat ha passat del 4,16% (1991) al 35,5% (2008).

Achebak et al. recorden també iniciatives institucionals com el Plan Nacional de Actuaciones Preventivas por Altas Temperaturas, que el Ministeri de Sanitat activa des del 2004 cada any entre els mesos de juny i setembre. Aquest Pla Nacional nasqué arran del calorós estiu del 2003, i potser ha contribuït a una ràpida disminució de la mortalitat relacionada amb la calor.

El concepte epidemiològic de temperatura de mínima mortalitat cardiovascular ens recorda molt al concepte fisiològic de temperatura de confort. Cal pensar que la via termoreguladora és la que es troba a la base dels mecanismes fisiològics de la mortalitat cardiovascular associada a la calor o al fred. La gent gran, davant de la calor, té més dificultats per fer-hi una resposta fisiològica efectiva: suen menys, vehiculen menys flux sanguini a la pell, els costa més augmentar el volum cardíac o de disminuir la circulació cap a la melsa o el ronyó. La gent gran, davant del fred, també tenen dificultats en respostes fisiològiques com la vasoconstricció perifèrica o l’augment de la producció de calor metabòlica. Val a dir, que el sistema termoregulador de la dona resisteix millor l’envelliment en termes general que el de l’home.

Les dones, en comparació dels homes, no comencen a suar fins a temperatures més elevades, i la capacitat de suor és menor, cosa que s’associa amb una major susceptibilitat als efectes de la calor. Els homes, en comparació de les dones, tenen més dificultat per mantindre la temperatura corporal central quan són exposats al fred.

Achebak et al. consideren que seria interessant complementar aquest model amb dades d’humitat relativa i de contaminació atmosfèrica. Però hom no disposa de dades d’aquests paràmetres amb l’exhaustivitat de les dades de temperatura. El que sí que prometen és un futur estudi sobre els factors que hi ha al darrera d’aquesta disminució de la mortalitat cardiovascular associada a temperatura ambiental.

Lligams:

Trends in temperature-related age-specific and sex-specific mortality from cardiovascular diseases in Spain: a national time-series analysis. Hicham Achebak, Daniel Devolder, Joan Ballester. The Lancet Planetary Health 10.1016/S2542-5196(19)30090-7 (2019)

Publicat dins de 2. La Terra | Deixa un comentari

De la mutació (P553T de la GluN2B del receptor NMDAR) al tractament (suplementació alimentària de L-serina)

Neuromedicina: Fa uns anys arribà a l’Hospital Sant Joan de Déu una nena d’1 any d’edat amb endarreriment psicomotor i hipotonia severa (no podia mantindre el cap dret ni seure dreta), amb un comportament absent i estereotípies com fregar-se les mans. Els símptomes indicaven que es tractava d’un cas de síndrome de Rett, una malaltia rara (amb una incidència en noies d’1 cas de cada 10.000 naixements) de base genètica. A 2 anys i mig, la nena es mostrava menys irritable i ja podia mantindré el cap dret. A 3 anys i mig, un electroencefalograma mostrava alteracions epileptiformes de l’activitat cerebral, per la qual cosa se la tractà primer amb àcid valproic i després amb levetiracetam. A 5 anys i 10 mesos, el test de Vineland indicava que encara tenia una edat mental inferior a 1 any. En un article a Science Signaling un grup de metges i investigadors ens expliquen la feina realitzada a partir de llavors per precisar l’etiologia genètica i molecular del trastorn d’aquesta nena. Identificaren la mutació responsable (el canvi de la prolina en posició 553 de la subunitat GluN2B del neuroreceptor NMDA per una treonina). En un cultiu neuronal veieren que els efectes d’aquesta mutació sobre el NMDAR podien contrarestar-se amb D-serina, un agonista d’aquest receptor. Així doncs, es dissenyà un tractament que fes elevar els nivells de D-serina en el plasma i el líquid cefalorraquidi de la pacient: ho feren a través d’una suplementació de L-serina en pols en aliments o begudes. En l’article exposen els resultats després de més d’un any de tractament: s’hi han registrat millores en la capacitat motora, cognitiva i comunicativa de la pacient.

La caracterització biofísica de les propietats de canal del receptor NMDA amb la mutació present en la nena de 5 anys fou crucial per identificar el possible rol compensador de la D-serina

Un exemple de recerca biomèdica translacional i personalitzada

La síndrome de Rett i altres encefalopaties constitueixen un exemple d’alteració congènita del metabolisme. Les alteracions congènites del metabolisme són habitualment classificades entre les “malalties rares”, en el sentit que la base subjacent és una mutació disruptora que pot variar de família en família, i fins i tot de pacient en pacient. Això comporta que siguin malalties “orfes”, poc investigades, una manca de recerca que es fa més dramàtica davant de l’absència de tractaments específics. És per això precisament que aquesta recerca és un exemple valuós de la potencialitat d’una perspectiva translacional i personalitzada de la recerca biomèdica en aquests casos.

L’estudi en qüestió fou dissenyat per Xavier Altafaj, de la Unitat de Neurofamarcologia i Dolor de l’Institut de Recerca Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL), en col·laboració amb la neuròloga Àngels García-Cazorla (del Servei de Genètica i Medicina Molecular i de la Unitat Neurometabòlica de l’Hospital Sant Joan de Déu), David Soto (de l’Institut de Neurociències de la Universitat de Barcelona i de l’Institut de Recerca Biomèdica August Pi i Sunyer, IDIBAPS), Mireia Olivella (del Grup de Bioinformàtica i Estadística Mèdica de la Universitat de Vic), Xavier Gasull (de l’Institut de Neurociències de la UB i de l’IDIBAPS) i Carlos Sindreu (de l’Institut de Neurociències i del Departament de Bases Clínies de la UB). En els registres electrofisiològics participaren Soto, Gasull, Roberto García-Díaz i Esther Gratacòs-Batlle (tots ells de l’Institut de Neurociències i de l’IDIBAPS). Olivella desenvolupà el model estructural i realitzà l’anàlisi bioinformàtica. L’anàlisi filogenètic fou a càrrec d’Àlex Bayés i David Ramos Vicente, del Laboratori de Fisiologia Molecular de la Sinapsi de l’Institut de Recerca Biomèdica Sant Pau (adscrit a la UAB). L’anàlisi de la potenciació de llarg termini el dugueren a terme Sindreu, Clara Alcon (Institut de Neurociències), Cristina Grau (IDIBELL) i Macarena Gómez de Salazar (IDIBELL). Grau, Ana Santos-Gómez i Sílvia Locubiche feren les anàlisis morfològiques a l’IDIBELL. Els estudis lipidòmics els realitzaren Emeline Chu-Van i Benoit Colsch, del Service de Pharmacologie et d’Immunoanalyse (SPI) del Laboratoire d’Etude du Métabolisme des Medicaments, de Gif-sur-Yvette. Anna López-Sala, del Departament de Neurologia de la Unitat Neurometabòlica de l’Hospital de Sant Joan de Déu va fer els reconeixements de comportament de la pacient. Els estudis farmacològics foren duts a terme per Víctor Fernández-Dueñas i Francisco Ciruela, de l’IDIBELL. Judith Armstrong, de l’Hospital Sant Joan de Déu, va generar i validar les dades genètiques. La part clínica de l’estudi fou coordinada per García-Cazorla.

Altafaj redactà l’article, amb l’ajut de García-Cazorla, Soto i Olivella. Cal considerar Soto, Olivella i Grau com els primers autors. Com a autors corresponsals amb la revista actuaren García-Cazorla i Altafaj. Els autors reconeixen la col·laboració de N. Verhoeven, J. Gerrits, R. Artuch i A. Ormazábal en les mesures analítiques d’aminoàcids en fluids corporals. També agraeixen a S. Jurado, de l’Institut de Neurociències d’Alacant, el guiatge en els experiments de potenciació química a llarg termini dels neuroreceptors. A P. Paoletti, de l’ENS de París, li agraeixen l’aportació dels plàsmids necessaris per als estudis dels neuroreceptors. Aquesta recerca fou finançada amb diversos projectes del Fons Europeu de Desenvolupament Regional, la Marató, el Programa Miguel Servet, etc.

Si bé inicialment, la nena fou diagnosticada amb la síndrome de Rett, es tractaria d’una síndrome de Rett atípica. Concretament, hi hauria una afectació del receptor de glutamat NMDA (anomenat així perquè té com a agonista el N-metil-D-aspartat). NMDAR és un neurotransmissor de sinapsis glutamaèrgiques (en general, excitadores) del sistema nerviós central. NMDAR compleix un paper crític en la neurogènesi (formació de neurones), la sinaptogènesi (formació de sinapsis, és a dir de connexions interneuronals) i els processos de plasticitat sinàptica (que modifiquen les relacions entre neurotransmissors i receptors d’una sinapsi). NMDAR és una proteïna sinàptica heterotrimèrica, és a dir formada per tres subunitats diferents. Una d’aquestes subunitats pot ésser GluN2B, la qual s’expressa de manera més elevada durant el desenvolupament primerenc. El gen de la GluN2B és el gen GRIN2B. En aquest cas, la mutació es trobava en el gen GRIN2B. Es tracta d’una mutació que comporta la substitució de la prolina en la posició 553 de la proteïna per una treonina. Aquesta mutació provoca una menor resposta dels receptors NMDA al glutamat, i és la base de la severa encefalopatia que caracteritza aquest cas. Els estudis funcionals mostraven que la resposta dels receptors millorava amb la presència de D-serina. La D-serina és un dels exemples de D-aminoàcids que apareixen en el metabolisme, encara que ho fan de manera molt més minoritària que els seus isòmers L-aminoàcids, que són els que s’incorporen a les proteïnes. La D-serina és un coagonista de NMDAR. Així doncs, hipotetitzaren que l’elevació dels nivells de D-serina en el fluid cerebrospinal (=cefalorraquidi) podrien millorar la condició de la nena. Optaren per una suplementació en la dieta de L-serina que, metabolitzada en part a D-serina, elevà efectivament els nivells d’aquest D-aminoàcid en el plasma i en el líquid cerebrospinal de la nena després d’11 i de 17 mesos de tractament. El tractament s’associà amb beneficis terapèutics.

Metolodogia

Els pares de la nena atorgaren el consentiment informat de tots els aspectes d’aquest estudi. L’avaluació de la nena es fa a través d’una entrevista semiestructurada VABS-II, realitzada per un neuropsicòleg. VABS-II valora quatre dominis del comportament adaptatiu: comunicació, destreses quotidianes, socialització i destreses motores. El VABS-II fou realitzat a la nena quan tenia 5 anys i 10 mesos. Poc després inicià la suplementació amb L-serina, i als 11 mesos (quan tenia 6 anys i 9 mesos) i als 17 mesos (quan tenia 7 anys i 3 mesos) se li tornà a realitzar el VABS-II.

La suplementació amb L-serina començà amb 250 mg/kg diaris. A les quatre setmanes, hom comprovà la manca d’efectes no-desitjats, i s’apujà la suplementació a 500 mg/kg diaris. La suplementació es divideix en tres racions diàries, i consisteix en barrejar pols de L-serina amb els àpats o amb les begudes.

Per fer el diagnòstic genètic, quan la nena tenia 5 anys i 10 mesos, es realitzà una seqüenciació general de regions codificants. Alhora, la mateixa prova genètica es feia a la mare i al pare. Les seqüències obtingudes foren comparades amb la base de dades GRCh37, per tal d’identificar variants mononucleotídiques i delecions. Així es van identificar mutacions presents en la nena de nova aparició, és a dir que no fossin presents en els pares. Fou així com es trobà la mutació Pro553Thr del gen GRIN2B. L’impacte de la mutació fou valorat en models bioinformàtics (SIFT, PolyPhen-2, PROVEAN, MutationTaster2). Després es construí un model de receptor NMDA (GluN1)2-(GluN2B)2 en membranes de 1-palmitoil-2-oleil-sn-glicero-3-fosfocolina, amb l’ús de plàsmids d’expressió de GLuN1 i d’una GluN2B marcada amb un gen de fluorescència (GFP). La mutació P553T fou reproduïda en aquests plàsmids amb el kit de mutagènesi QuikChange. Emprant bases de dades genètiques, es realitzà una anàlisi filogenètica del domini de GluN2B que conté la posició 553.

En un model de cèl·lules HEK-293T es feren experiments de co-immunoprecipitació per veure si la mutació P553T alterava l’afinitat de la GluN2B per acomplexar-se amb GluN1 i GluN2A. També s’emprà un model de cèl·lules COS-7 per assolir l’expressió de NMDAR amb la mutació.

El model neuronal es va realitzar en cultius de neurones hipocampals d’embrions de ratolí. Aquestes neurones eren transfectades amb els diferents constructes genètics d’interès. S’hi feren anàlisis morfològiques sobre l’arborització dendrítica i la formació d’espines. També s’hi realitzaren estudis de potenciació química de llarg termini.

La mutació P553T de la proteïna GluN2B

La seqüenciació global d’exomes de la nena i dels seus pares identificà una mutació que, absent tant en el pare com en la mare, havia aparegut en el genoma de la nena. Es tractava d’un canvi en el gen GRIN2B que comportava en el seu producte gènic, la proteïna GluN2B, la substitució de la prolina en posició 553 per una treonina. La proteïna GluN2B és una de les subunitats del receptor glutamaèrgic NMDAR.

La posició 553 de GluN2B es localitza al començament la primera hèlix transmembrana (M1). La prolina en aquesta posició té el paper de delimitar aquesta regió M1. Alhora la prolina553 interactua amb la fenilalanina653 (que es troba en la regió M3) de la mateixa cadena polipeptídica. La Pro553 també interactua amb la Phe654 de la GlunN1. Els models estructurals feien preveure que la substitució d’aquesta prolina per una treonina canviarien la permeabilitat del canal associat a NMDAR. Així doncs, la base molecular del trastorn de la nena seria una canalopatia.

La importància de Pro553 en GluN2B es manifesta en el seu grau notable de conservació en els genomes de metazous. De fet la Phe653 de GluN2B i la Phe654 de GluN1 fan part del motiu SYTANLAAF, la seqüència més altament conservador entre els receptors ionotròpics de glutamat (iGluRs). Dels 147 iGluRs de metazous analitzats, en 144 s’hi manté la posició Pro553.

En el model de transfecció de cèl·lules HEK 293T (línia derivada de ronyó d’embrió humà), la mutació P553T no sembla afectar la interacció de GluN2B ni amb GluN1 ni amb GluN2A. En el model de transfecció de cèl·lules COS-7 (derivades de fibroblasts de ronyó de mico), la mutació P553T no afecta el transport dels complexos de GluN2B amb GluN1 i GluN2A fins a la membrana citoplasmàtica. En el model de neurones corticals primàries de ratolí, la mutació P553T tampoc no afecta aquest transport.

En els experiments de “patch-clamp” en cèl·lules transfectades HEK 293T, sí que es notaven els efectes de la mutació. La mutació reduïa l’amplitud mitjançada per NMDAR en resposta a 1 mM de glutamat+50 µM de glicina. El canvi es devia a una alteració en la cinètica del canal iònic, amb una taxa de desactivació més ràpida i el consegüent augment de la taxa de dessensibilització. La conductància del canal era reduïda, com també ho era la probabilitat d’obertura. Així doncs, els receptors GluN1-GluN2B(P553T) es formen de manera correcta, i s’expressen correctament en la membrana citoplasmàtica, però són intrínsecament hipofuncionals.

Els heterotrímers (GluN1)2-GluN2A-GluN2B(P553T), en el model de cèl·lules HEK-293T, no mostraven una reducció en les amplituds de corrent en resposta a NMDA, però sí un augment de taxes de desactivació i de dessensibilització. Ara bé, en presència de 100 µM de D-serina hi ha una potenciació d’aquests heterotrímers. L’efecte de la D-serina també s’observava en els heterodímers GluN1-GluN2B(P553T), encara que sense restaurar-ne tota la funcionalitat. Si la D-serina actua com a coagonista en aquests canals, no passa el mateix amb la glicina.

En el model de neurones hipocampals primàries de ratolí, la sobreexpressió de GluN2B(P553T) produeix una reducció de la densitat d’espines. També es registra un augment de la subunitat GluA1 del receptor AMPA. Els experiments de patch clamp en aquestes neurones mostren que la GluN2B(P553T) comporta una disminució en l’amplitud de les corrents post-sinàptics excitatòries espontànies (EPSCs). Les EPSCs depenen dels NMDAR. Quan a aquestes neurones se les exposa a 100 µM de D-serina hi ha un augment en la freqüència d’EPSCs. La D-serina també és capaç de millorar la densitat d’espines i de restaurar l’abundància superficial de GluA1.

Els efectes bioquímics i clínics de la suplementació amb L-serina de la pacient

En un principi, les dades moleculars convidaven a provar una suplementació amb D-serina de la pacient. Però la D-serina no és un suplement aprovat, ja que existeixen alguns dubtes quant a la seva seguretat. En canvi, sí que és aprovat com a suplement l’ús de L-serina. Com que fisiològicament la L-serina és el precursor de la D-serina en l’organisme humà (a través de l’enzim serin-racemasa), calia pensar que la suplementació de la nena amb L-serina augmentaria els nivells de D-serina en el cervell.

La suplementació fou fixada en 500 mg diaris de L-serina per kg de pes corporal. Disset mesos després de l’inici d’aquesta suplementació, l’anàlisi del plasma per UPLC-MS/MS indicava un augment de 4,4 vegades dels nivells inicials de D-serina. Fou important constatar que els nivells de D-valina, D-isoleucina o D-leucina no foren afectats, com tampoc no ho foren els nivells de glicina, taurina i cisteïna.

L’augment de D-serina també es registrava en el líquid cerebrospinal.

En el moment de començar la suplementació, la nena tenia poca destresa comunicativa, una baixa tendència d’establir contacte visual, poca atenció a les activitats de pares, mestre o companys d’escola, cap ús del llenguatge verbal (ni en mots ni en sons), cap signe d’ús de joc simbòlic, i la incapacitat d’incorporar-se cap a una posició asseguda (si bé la podia mantindre amb suport previ). La puntuació del test de Vineland era de 42 en comunicació, 36 en destreses quotidianes, 49 en socialització i 31 en destreses motores.

A 11 mesos de l’inici del tractament, l’electroencefalograma no mostrava signes de millora. El test VABS indicava, però, una millora de la destresa motora (de 31 a 38), que es manifestava en la capacitat d’aixecar-se quan era asseguda, i fins i tot de caminar si rebia un ajut extern. Pel que fa a la comunicació, començava a fer gestos com el d’estendre les mans perquè l’agafessin, i presentava una major expressivitat facial. Quan la cridaven pel nom ja girava el cap, i havia millorat en contacte visual. Per primera vegada somreia de manera proactiva.

A 17 mesos del tractament, ja mostrava més interès en les cares i era capaç d’un contacte visual persistent. Ja seguia amb interès les activitats de la gent al seu voltant. Començava a riure davant de situacions divertides i semblava més feliç. Ja era capaç d’imitar sons de joguines i d’animals i d’anar pel terra de quatre grapes. Ja podia també desplaçar-se amb un caminador ortopèdic.

Per Soto et al. aquest és un exemple d’estudi que identificar la patogenicitat d’una mutació de NMDAR i que desenvolupa una estratègia terapèutica de precisió. La metodologia emprada és aplicable a trobar estratègiques terapèutiques per a altres casos d’alteracions congènites de la funció sinàptica. Que la suplementació amb L-serina sigui capaç de reforçar la neurotransmissió glutamaèrgica o de compensar ni que sigui parcialment el desequilibri entre neurotransmissors excitatoris o inhibitoris, és rellevant en el desenvolupament de tractament per a un ample espectre de trastorns neurològics, tan congènits com adquirits.

Lligams:

L-Serine dietary supplementation is associated with clinical improvement of loss-of-function GRIN2B-related pediatric encephalopathy. David Soto, Mireia Olivella, Cristina Grau5, Judith Armstrong, Clara Alcon, Xavier Gasull, Ana Santos-Gómez, Sílvia Locubiche, Macarena Gómez de Salazar, Roberto García-Díaz, Esther Gratacòs-Batlle, David Ramos-Vicente, Emeline Chu-Van, Benoit Colsch, Víctor Fernández-Dueñas, Francisco Ciruela, Àlex Bayés, Carlos Sindreu, Anna López-Sala, Àngels García-Cazorla, and Xavier Altafaj. Science Signaling 12 (586): eaaw0936 (2019)

Un tractament amb suplement dietètic millora la motricitat i comunicació d’una pacient amb síndrome de Rett atípica. Notícia d’Idibell.cat

Publicat dins de 3. La Vida | Deixa un comentari

Els camps magnètics de 29 estels nans vermells actius: dades del Consorci Carmenes

Astrofísica: L’observatori CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and Optical Échelle Spectographs) té com a objectiu la recerca de “terres blaves al voltant de nans vermells”, és a dir la recerca de planetes semblants al nostre en la zona teòrica d’habitabilitat al voltant dels estels nans de tipus espectral M. És, doncs, un projecte d’exoplanetologia, amb una perspectiva exobiològica, adreçats al tipus d’estel més abundant de l’univers. Les “Cármenes” són, precisament, aquests planetes blaus al voltant d’estels vermells. En total, el projecte pretén estudiar vora 300 estels, obtenint-ne espectrografies de l’infravermell proper (longituds d’ona de 0,52-1,71 µm), amb les quals calcular variacions de velocitat radial de vora 1 m/s. Els responsables del projecte esperen detectar 2 planetes de massa terrestre en la zona habitable d’estels de tipus M5V. Però, fins quin punt aquestes “Cármenes” són “semblants” a la Terra. Sí, poden tenir una massa semblant i rebre una aportació energètica del seu estel semblant. Però un estel M5V és ben diferent d’un estel G2V com el nostre Sol. Els estels de tipus M generen camps magnètics més forts, i aquesta activitat s’associa amb una inestabilitat en forma de flamarades que conviden ben poc a l’habitabilitat, bo i més quan la zona d’habitabilitat d’aquestes estels és tan acostada que normalment la rotació planetària queda fixada amb la translació (de tal manera que els dits planetes tenen un hemisferi permanentment il·luminat i un de permanentment enfosquit). Per saber més de les “Cármenes” hem de conèixer millor els seus estels. Però el projecte CARMENES també ens permet d’estudiar amb detall els camps magnètics d’aquests estels. El número de juny de la revista Astronomy & Astrophysics, en la secció d’atmosferes estel·lars, conté un article d’investigadors del consorci CARMENES sobre aquesta qüestió. Analitzen 29 estels nans M actius: troben que tots ells presenten forts camps magnètics. L’alta resolució espectral assolida pel seu instrument els permet d’oferir una explicació més precisa de la interrelació entre energia magnètica, rotació estel·lar i acció de dinamo.

Relació entre camp magnètic (eix vertical) i període de rotació (eix horitzontal) per 51 estels nans M. En vermell apareixen les dades obtingudes per estudis previs, i en blau les aportacions de l’instrument CARMENES. Per a períodes de rotació superiors a 4 dies hi ha una relació inversa entre període de rotació i força del camp magnètic

Els camps magnètics dels estels nans vermells

El Consorci CARMENES és integrat per 11 institucions: Max-Planck-Institut für Astronomie (Heidelberg), Instituto de Astrofísica de Andalucía (Granada), Landessternwarte Königstuhl (Heidelberg), Institut de Ciències de l’Espai (Barcelona), Institut für Astrophysik Göttingen, Universidad Complutense de Madrid, Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Instituto de Astrofísica de Canarias, Hamburger Sternwarte, Centro de Astrobiología (Madrid) i Centro Astronómico Hispano-Alemán (Calar Alto). És a l’observatori de Calar Alto, a la província d’Almeria, on es troben els dos espectrògrafs que constitueixen l’instrument CARMENES.

L’objectiu principal de l’instrument CARMENES és obtindre dades de velocitat radial de nans vermells, és a dir de la seva velocitat relativa en relació al nostre Sistema Solar. Fluctuacions en velocitat radial poden ésser causades per la presència de planetes en translació al voltant d’aquests estels. Alhora, les dades espectrogràfiques permeten conèixer també altres aspectes de l’estel, particularment sobre el seu camp magnètic.

En el 1910, Ejnar Hertzsprung i Henry Norris Russell idearen un diagrama de representació dels estels segons la lluminositat absoluta (eix y) i la temperatura efectiva (eix x). En el diagrama Hertzsprung-Russell s’hi col·loquen 23.000 estels de Catàleg Hipparcos i del Catàleg Gliese. La majoria d’estels pertanyen a allò que s’anomena per aquesta raó la “seqüència principal”. En la cua de la seqüència principal, en el cantó de menor lluminositat i menor temperatura trobem els “nans vermells”

Dels estels de la seqüència principal, els camps magnètics més forts són els dels estels menys lluminosos i més freds, és a dir els nans de categoria espectral M (els nans vermells). Els camps magnètics d’aquestes estels arriben a l’ordre de milers de gauss (o, si volem emprar la unitat d’inducció magnètica del sistema internacional, a l’ordre de dècimes de tesla). Això val per a estels que tenen una escorça convectiva, és a dir en la que transferència de calor es realitza per grans moviments verticals de material. Els camps magnètics es generen per dinamos convectius de l’interior de l’estel, l’energia dels quals procedeix de la rotació estel·lar. El magnetisme estel·lar, al seu torn, és responsable d’una sèrie de fenòmens d’activitat estel·lar: taques (zones fosques), platges o flòculs (zones brillants), cromosferes calentes, corones, etc. Aquesta activitat estel·lar és ben fàcil de seguir en el nostre Sol, però per als estels, que són massa lluny, cal seguir-la a través de línies d’emissions, de raigs X, de variabilitat fotomètrica o d’emissió de radioones.

La relació entre rotació i activitat estel·lar no és homogènia. En general, l’activitat estel·lar (mesurada en flux de raigs X) és inversament proporcional a la rotació, per un fenomen anomenat “frenada magnètica”. Però si la rotació és elevada, d’un període inferior a 4 dies, l’activitat estel·lar ja no mostra una correlació amb la rotació, degut a una saturació de la dinamo estel·lar. La densitat de flux magnètica en aquesta condició de saturació seria de 4 kG (0,4 T).

A través de la combinació de dades espectrals corresponents a diferents línies atòmiques (Ti, etc.) i moleculars (FeH, etc. es possible fer una estimació del camp magnètic d’un estel nan M. El límit esmentat de 4 kG sembla complir-se per a estels amb camps globals dominats per multipol. En estels on la geometria dominant és la de dipol aquest valor pot pujar encara fins a 7 kG (com passa amb l’estel WX Uma).

Els investigadors de CARMENES poden oferir una mesura del camp magnètic a través de l’espectroscòpia de l’infravermell proper (NIR) d’alta resolució. Han triat una submostra d’estels amb períodes de rotació breus, en els quals es poden arribar a condicions magnètiques de saturació. Les dades obtingudes, això sí, són de densitat total de flux magnètic, i no poden distingir entre geometries de dipol i de multipol.

Una submostra de 31 estels

L’instrument CARMENES ofereix una espectrografia d’alta resolució (R=80.000) que cobreix longituds d’ona de 520 nm (llum vermella) fins a 1710 nm (microones).

El projecte CARMENES treballa amb un total de 300 estels. Dins d’aquests estels han seleccionat 31 amb valors elevats de velocitat radial. Són estels que han estat mesurats en diverses ocasions (un mínim d’11 vegades entre el 2016 i el 2017). Per a aquests estels seleccionen les dades del canal NIR de l’instrument, processades amb l’eina CARACAL. Amb el paquet informàtic SERVAL calculen les velocitats radials d’aquests estels.

L’observatori de Calar Alto, a 2.168 metres d’altura sobre el nivell del mar, no deixa d’ésser un observatori de superfície, i això és rellevant quan es tracta de manipular dades NIR. El vapor d’aigua de l’atmosfera terrestre pot interferir en l’estimació de línies espectrals de titani (Ti) dels estels observats. Shulyak et al., doncs, han hagut de descartar observacions quan sospitaven de possible contaminació (emprant el programa MolecFit).

Mitjançant el programa Magnesyn del paquet de modelització d’atmosferes estel·lars Llmodels, Shulyak et al. obté una síntesi espectral directa per a cada estel. Les línies utilitzades són les corresponents a transicions Wing-Ford F4Δ – X4Δ de molècules FeH (longituds d’ona de 990-995 nm) i les d’àtoms de Ti (longituds d’ona de 960-980 nm).

Resultats per a 29 estels actius

Descartats doncs els espectres que haguessin pogut patir una contaminació per l’atmosfera terrestre, Shulyak et al. presenten dades sobre 29 dels 31 estels seleccionats (n’han estat exclosos J18356+329 i J19255+096). Són 29 estels nans de tipus espectral M, amb períodes de rotació breus (de 0,1 dies a 10 dies; recordem que el nostre Sol té un període de rotació de 25 dies, o que Proxima Centauri el té de 83 dies). D’aquests 29 estels, n’hi ha 5 amb velocitats de rotació (v sin i) superiors a 30 km/s.

Dels 29 estels, n’hi ha 13 dels quals hi havia mesures prèvies de camp magnètic. En 9 d’aquests estels les dades de CARMENES i les dades prèvies mostren un bon acord.

Shulyak et al. estimen els camps magnètics separadament d’acord amb les línies Ti i les línies FeH. Totes dues estimacions coincideixen en general per als estels, com passa amb J03473-019, J05365+113, J07446+035, J15218+209 i J22468+443. Les dues estimacions coincideixen especialment en estels de velocitat moderada de rotació i en els que la qualitat dels espectres és bona, però en són excepció els estels J06000+027 i J18498-238, en els que les velocitats de rotació semblen més elevades si es computen per les línies Ti que no pas si es computen per les línies FeH.

Hi ha més discrepància, de tota manera, entre les dades de línies Ti i de línies FeH quan es tracta d’estels de major velocitat de rotació. És el cas de l’estel J17338+169, on la discrepància arriba a un valor d’estimació del camp magnètic de 2,4 kG, possiblement atribuïble a la contaminació de les línies Ti amb les de vapor d’aigua terrestre. Un problema semblant afectaria les mesures de l’estel J18189+661. També hi ha una considerable discrepància en el cas de l’estel J01352-072, possiblement per problemes en les línies FeH.

Les dades de CARMENES distingeixen entre dos patrons magnètics. El primer patró és d’una distribució ben uniforme, com és el cas dels estels J01033+623, J07446+035, J08298+267 i J12156+526. El segon patró és heterogeni, fet d’una combinació de diferents components dominants: és el cas dels estels J02088+494, J16555+083, J22012+283, J18022+642 i J18189+661. Aquest patró d’homogeneïtat no es correspon a la geometria del camp magnètic:
– l’estel J01033+623, que té una geometria dipolar segons estudis previs, segueix un patró homogeni
– els estels J08298+267 i J19169+051S, que tenen una geometria multipolars segons estudis previs, segueixen un patró homogeni.

Dels 29 estels analitzats, la majoria són objectes completament convectius, en el sentit que els moviments convectius deuen arribar fins al nucli estel·lar. N’hi ha 4 estels (J03473-019, J05365+113, J15218+209, J22518+317), però, que pertanyen a tipus espectrals a inferiors a M3.5, de manera que els moviments convectius s’hi limiten a l’escorça o embolcall estel·lar. Aquests 4 estels presenten en general camps magnètics menys forts que els estels de convectivitat completa.

L’homogeneïtat del camp magnètic

L’homogeneïtat del camp magnètic dels estels estudiats per Shulyak et al. no s’associa ni amb l’abast de la convectivitat de l’estel ni amb la geometria del camp magnètic. L’abast de convectivitat sí s’associa positivament amb la potència del camp magnètic. També ho fa la geometria, de manera que els camps de domini de multipol tendeixen a ésser més potents que els camps de domini de dipol. Aquests tres factors, de tota manera, deuen encreuar-se per determinar elements de l’activitat estel·lar com les taques pel que fa a la mida i a la distribució.

Els camps magnètics dels estels nans M

Els 29 camps magnètics analitzats mostren valors de densitat de flux magnètic superior a 1 kG. En 12 estels aquests valors arriben a superar els 4 kG.

Els estels seleccionats són d’alta rotació, però és remarcable que n’hi hagi 17 amb períodes de rotació inferiors a 1 dia.

Shulyak et al. troben que J07446+035 i J23548+385 tenen una potència i una distribució de camp magnètic molt semblant. Així doncs, consideren interessant obtindre dades sobre la geometria del camp magnètic, per tal d’entendre millor la relació entre aquests tres factors.

Lligams:

Magnetic fields in M dwarfs from the CARMENES survey. D. Shulyak, A. Reiners, E. Nagel, L. Tal-Or, J. A. Caballero, M. Zechmeister, V. J. S. Béjar, M. Cortés-Contreras, E. L. Martin, A. Kaminski, I. Ribas, A. Quirrenbach, P. J. Amado, G. Anglada-Escudé, F. F. Bauer, S. Dreizler, E. W. Guenther, T. Henning, S. V. Jeffers, M. Kürster, M. Lafarga, D. Montes, J. C. Morales and S. Pedraz. Astronomy and Astrophysics 626: A86 (2019).

CARMENES: Blue earths around red dwarfs.

Publicat dins de 1. L'Univers | 1 comentari