Karen Uhlenbeck rep el Premi Abel del 2019 per les seves aportacions en anàlisi, geometria i física matemàtica

Matemàtiques: L’Acadèmia Noruega de Ciències i Lletres ha comunicat avui la decisió de concedir el Premi Abel d’enguany a Karen Keskulla Uhlenbeck, “pels assoliments pioners en equacions diferencials parcials geomètriques, teoria de galga i sistemes integrables, i per l’impacte fonamental de la seva feina en anàlisi, geometria i física matemàtica”. El proper 21 de maig, es farà a Oslo la cerimònia on Uhlenbeck rebrà el guardó de mans del rei Harald V de Noruega.

Karen Uhlenbeck

Karen Keskulla va nàixer a Cleveland el 24 d’agost del 1942. Es graduà a la University of Michigan (1964), i continuà els estudis en el Courant Institute of Mathematical Sciences, a la New York University. El 1965 es casà amb un antic company de la University of Michigan, Olke C. Uhlenbeck, i adoptà el nom de Karen K. Uhlenbeck. El matrimoni es traslladà a Harvard, on ell havia obtingut una posició, mentre que ella feia a la Brandeis University el seu mestratge (1966) i la tesi doctoral. El títol de la tesi, supervisada per Richard Palais (*1931), fou “The Calculus of Variations and Global Analysis”, que defensà reeixidament el 1968.

Després de la tesi, treballà al Massachusetts Institute of Technology i a la University of California, Berkeley. Li resultà difícil compaginar la seva carrera amb la del seu marit, degut a les normes de moltes universitats contra el nepotisme, que impedien la contractació simultània de dues persones de parentiu estret. Així doncs, mentre Olke C. Uhlenbeck trobava una posició per als seus estudis de bioquímica de l’ARN a la University of Illinois at Chicago, ella havia d’acceptar una altra en la University of Illinois at Urbana-Champaing (1971). Quan, el 1976, es divorciaren, Karen Uhlenbeck pogué passar a la University of Illinois at Chicago. El 1983 passà a la University of Chicago, i en el 1988 obtingué la càtedra Sid W. Richardson Foundation Regents de la University of Texas at Austin.

Superfícies mínimes i anàlisi de bombolleig

Karen Uhlenbeck, el 1982

En l’anàlisi geomètrica s’apliquen les tècniques d’anàlisi i equacions diferencials a problemes geomètrics i topològics. Els objectes d’estudi de l’anàlisi geomètrica són corbes, superfícies, connexions i camps, que fan de punts crítics de funcionals que representen quantitats geomètriques. Una d’aquestes quantitats geomètriques és l’energia de Dirichlet, que mesura la variabilitat d’una funció. Les superfícies mínimes són punts crítics de l’àrea, mentre que els mapes harmònics són punts crítics de l’energia de Dirichlet.

Per a l’anàlisi global de superfícies mínimes pren rellevància la condició de compacticitat de Palais-Smale. Si es compleix aquesta condició es garanteix l’existència de minimitzadors de funcionals geomètrics, si més no en el cas de dominis unidimensionals com les geodèsies tancades. J. Sacks & K. Uhlenbeck (1981) mostraren la condició de Palais-Smale no es compleix en dominis pluridimensionals, particularment en superfícies bidimensionals. Uhlenbeck i Sacks descrigueren situacions on es violava la condició Palais-Smale en superfícies, i era possible no obstant una seqüència minimitzadora de mapes que convergia fora d’un conjunt finit de punts singulars. Descrigueren el comportament prop de les singularitats com a “bombolles” o “instantons”, que són les solucions estàndards del mapa minimitzador des de l’esfera bidimensional a la varietat problema. Això es podia estendre a dimensions superiors en una teoria de regularitat per a mapes harmònics (Schoen & Uhlenbeck, 1982). El 1984, Daniel S. Freed i Karen K. Uhlenbeck publicaven un volum sobre els instantons en varietats quatridimensionals. Si en superfícies bidimensionals, el conjunt singular consisteix únicament en punts aïllats, en dimensions superiors és un conjunt de co-dimensió 3.

La teoria de regularitat per a mapes harmòniques ajudà a entendre les singularitats de solucions d’equacions diferencials parcials el·líptiques no-lineals. Els instantons i el bombolleig ha trobat aplicacions en problemes matemàtics (problema de Yamabe, corbes pseudoholomòrfiques, etc.) i físics (teoria de cordes).

Teoria de galga i equacions de Yang-Mills

Inspirada per una conferència de Michael Atiyah (1929-2019) a Chicago, Uhlenbeck començà a treballar a final dels 1970 en la teoria de galga. La galga és qualsevol formalisme matemàtic específic que reguli graus de llibertat redundants en un camp de Lagrange. La teoria de Yang-Mills és una teoria de galga basada en l’àlgebra reductiva i compacte de Lie.

Per a l’estudi de les equacions de Yang-Mills, Uhlenbeck estudià les connexions del paquet vectorial sobre una variant riemanniana. A través de la galga, es pot descriure aquesta connexió amb una matriu: les connexions de Yang-Mills són punts crítics de funcionals invariants per a la galga. Amb la galga de Coulomb, Uhlenbeck expressà les equacions de Yang-Mills com un sistema el·líptic (Uhlenbeck, 1982a). Alhora, Uhlenbeck elaborà una teoria de la compacticitat de les connexions amb una curvatura limitada en LP (Uhlenbeck, 1982b). Amb Yau Shing-Tung, treballà sobre les connexions hermitian-yang-mills en paquets vectorials estables (Uhlenbeck & Yau, 1986). Aquestes contribucions trobaren aplicacions en la teoria de cordes heteròtiques per a física de partícules.

Sistemes integrables i mapatges harmònics

Uhlenbeck identificà com els mapatges harmònics de superfícies en espais homogenis pertanyen a famílies parametritzades unidimensionals. Així es poden descriure algebraicament mapatges harmòniques d’esferes en espais grassmannians, que s’hi relacionen amb un sistema integrable dimensional infinit a través de l’àlgebra de Virasoro.

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

Estatus socio-econòmic i esperança de vida a la Catalunya del 2016

El número de juny de la revista Preventive Medicine publicarà una breu comunicació on un grup d’epidemiòlegs encapçalat per Usama Bilal i Miguel Cainzos-Achirica avaluen l’associació entre el nivell socioeconòmic individual i l’esperança de vida i mortalitat entre la població general que viu a la Comunitat Autònoma de Catalunya. L’article aprofita dades del Sistema de Vigilància de la Salut. La disparitat entre l’esperança de vida dels nivells socioeconòmics més elevats i els menys elevats és de 9,4 anys entre les dones i de 12,0 anys entre els homes.

L’esperança de vida decreix a Catalunya segons el nivell socioeconòmic particularment entre els homes i els sectors amb un nivell baix i molt baix

Seguiment de 6.027.424 catalans

Usama Bilal és professor ajudant d’epidemiologia i biostatística del Urban Health Collaborative de la Drexel Dornsife School of Public Health, de Philadephia. També és investigador del Grup de Recerca en Epidemiologia Social i Cardiovascular de l’Escola de Medicina de la Universidad de Alcalá de Henares.

El cardiòleg Miguel Cainzos Achirica és membre del Pla Director de Malalties de l’Aparell Circulatori (PDMAC) del Departament de Salut del Govern de la Generalitat. També participa en el Programa Comunitari sobre Fallida Cardíaca del Departament de Cardiologia de l’Institut de Recerca Biomèdica de l’Hospital Universitari de Bellvitge (IDIBELL). És investigador del Johns Hopkins Ciccarone Center for the Prevention of Cardiovascular Disease, amb seu a Baltimore.

Montse Cleries és membre de la Unitat d’Informació i Coneixement d’Assistència Sanitària del Departament de Salut de la Generalitat de Catalunya.

Sebastià Santaeugènia fa part del Programa de Prevenció i Assistència de la Cronicitat, del Departament de Salut de la Generalitat. També és investigador del Grup de Recerca en Cronicitat de la Catalunya Central (C3RG), del Centre de Recerca en Assistència Sanitària i Social (CESS) de la Universitat de Vic.

Xavier Corbella Virós és cap del Servei de Medicina Interna de l’Hospital de Bellvitge. També ocupa la Càtedra Hèstia en Assistència Sanitària i Social Integrades de l’Escola de Medicina i Ciències de la Salut de la Universitat Internacional de Catalunya.

El cardiòleg Josep Comín Colet és membre del PDMAC i investigador de l’IDIBELL. És professor del Departament de Ciències Clíniques de la Universitat de Barcelona.

Emili Vela treballa a la Unitat d’Informació i Coneixement de l’Assistència Sanitària del Departament de Salut.

La base de dades del Sistema Català de Vigilància de la Salut inclou informació a nivell individual sobre característiques sociodemogràfiques i de mortalitat per a tots els residents de la Comunitat Autònoma de Catalunya. Era a través d’aquestes dades que Bilal et al. avaluaven l’associació entre nivell socioeconòmic, d’una banda, i l’esperança de vida i la mortalitat de l’altra.

L’any de seguiment fou el 2016, abastant un total de 6.027.424 residents a Catalunya. D’acord amb la renda personal anual i la percepció d’ajuts socials aquestes persones foren classificades en un de quatre nivells socioeconòmics: alt, mitjà, baix i molt baix. D’acord amb les dades de mortalitat del 2016, Bilal et al estimaren l’esperança de vida a 18 anys, i la probabilitat de mort d’acord amb l’edat, el sexe i el nivell socioeconòmic.

El 5 de novembre del 2018, amb Cainzos-Achirica com a autor corresponsal, trameteren l’article a la revista Preventive Medicine. En completaren una revisió el 21 de gener d’enguany, que fou acceptada el 5 de març. El 7 de març es publicà en-línia.

Els homes de nivell socioeconòmic molt baix viuen 12 anys menys que els homes de nivell socioeconòmic alt

Entre els homes, la diferència d’esperança de vida entre el nivell socioeconòmic alt i el nivell socioeconòmic molt baix és de 12 anys. Així, mentre l’esperança de vida a 18 anys és de 65 anys entre els homes de nivell socioeconòmic alt, és de 53 anys entre els homes de nivell socioeconòmic molt baix.

Entre les dones, la diferència d’esperança de vida entre el nivell socioeconòmic alt i el nivell socioeconòmic molt baix és de 9,4 anys. Així, les dones de nivell socioeconòmic alt tenen una esperança de vida a 18 anys de 70 anys, mentre que en les dones de nivell socioeconòmic molt baix aquesta xifra davalla als 61 anys.

Aquestes dades s’associen amb les xifres de mortalitat:

Els nivells socioeconòmic baixos s’associen fortament amb la mortalitat entre homes i dones de qualsevol edat.

Bilal et al. recorden que a Catalunya hi ha una cobertura d’assistència de salut de caràcter universal i d’alta qualitat. Tanmateix, això no impedeix que un baix nivell socioeconòmic s’associï amb una menor esperança de vida i amb una major mortalitat per a tota la població adulta de Catalunya. En l’article Bilal et al. comenten quines haurien d’ésser les solucions davant d’aquestes grans desigualtats. Creuen en una combinació ajustada entre promoció de salut i intervencions en la gestió. També entenen que aquestes solucions han d’arribar també de més enllà del sector sanitari.

Lligams:

Socioeconomic status, life expectancy and mortality in a universal healthcare setting: An individual-level analysis of >6 million Catalan residents. Usama Bilal, Miguel Cainzos-Achirica, Montse Cleries, Sebastià Santaeugènia, Xavier Corbella, Josep Comin-Colet, Emili Vela. Preventive Medicine 123: 91-94 (2019).

Publicat dins de 6. La Civilització | Deixa un comentari

Una peça d’art paleolític de Margalef de Montsant amb figures antropomorfes i ornitomorfes

Història de l’art: Inés Domingo encapçala un article a la revista L’Anthropologie sobre una peça d’art portàtil trobada en una balma de l’Hort de la Boquera (Margalef de Montsant) en un estrat corresponent al Paleolític Superior Tardà (de 12.250 anys d’antiguitat) i al període magdalenià superior final. La peça, que combina figures antropomòrfiques i ornitomòrfiques, constitueix segons Domingo et al. una mostra de la humanització de l’art paleolítiques i de les interaccions entre éssers humans i aus.

La peça té gravades unes cinc figures

El context arqueològic

Inés Domingo Sanz és professora de la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) i investigadora del Seminari d’Estudis i Recerques Prehistòriques (SERP), de la Secció de Prehistòria i Arqueologia de la Universitat de Barcelona.

Pilar García-Argüelles (*Maó, 1958) és membre del SERP i professora titular de prehistòria a la Universitat de Barcelona.

Jordi Nadal Lorenzo és membre del SERP i, des del 2003, professor titular de la Universitat de Barcelona.

Josep Maria Fullola és membre del SERP i, des del 1986, catedràtic de prehistòria de la Universitat de Barcelona.

José Luis Lerma García és catedràtic de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Geodèsica, Cartogràfica i Topogràfica, centre adscrit al Departament d’Enginyeria Cartogràfica Geodèsia i Fotogrametria de la Universitat Politècnica de València.

Miriam Cabrelles és estudiant de doctorat al Departament d’Enginyeria Cartogràfica, Geodèsia i Fotogrametria de la Universitat Politècnica de València.

Context geogràfic de l’Hort de la Boquera, jaciment del final del Paleolític i de l’Epipaleolític situat a la vall mitjana del riu Montsant (al terme municipal de Margalef)

L’Hort de la Boquera és un jaciment de final del paleolític i de l’epipaleolític, situat al terme municipal de Margalef de Montsant (Priorat).

Context estratigràfic de la peça en el jaciment de l’Hort de la Boquera

Entre les peces trobades en aquest jaciment hi ha una pedra amb gravats. Aquesta peça d’art portàtil tindria una antiguitat de 12.250 ± 60 anys, corresponent al final del Paleolític Superior.

Imatges de la peça

El context artístic

Domingo et al. analitzen la peça en relació a l’art paleolític europeu. Hi ha gravades siluetes antropomorfes i ornitomorfes, integrades en una composició narrativa. Aquesta combinació de figures humanes i d’animals no-humans, així com la interrelació que s’hi estableix, fa d’aquesta peça un exemple poc habitual d’art paleolític. És clar que cal admetre que el registre arqueològic pel que fa a l’art paleolític és ben incomplert: a Catalunya són escasses les troballes.

La figura més destacada de la peça és interpretada per Domingo et al. com una grua: potes llargues, coll llarg però recte, bec també recte. No és la primera vegada que la grua apareix representada en l’art paleolític, però no és que sigui pas un motiu habitual.

Només existeixen un parell d’altres exemples d’escenes narratives amb interacció d’éssers humans i ocells en l’art paleolític. La peça de l’Hort de la Boquera destaca de tota manera pel mitjà (art portàtil en contrast amb l’art rupestre), pel tema (figures antropomorfes i ornitomorfes) i per la composició (que Domingo et al. qualifiquen d’escena narrativa). La peça s’ha de contextualitzar en la Ibèria Mediterrània de la cultura magdaleniana superior.

Lligams:

Humanisation dans l’art paléolithique européen : nouvelles preuves visuelles des interactions hommes/oiseaux à L’Hort de la Boquera (Margalef, Tarragone, Espagne). Inés Domingo, Pilar García-Argüelles, Jordi Nadal, Josep Mª Fullola, José L. Lerma, Miriam Cabrelles. L’Anthropologie 10.1016/j.anthro.2019.01.001 (2019).

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

L’ADN i l’ARN de vuit lletres: el sistema genètic hachimoji

Genètica molecular: Ara fa uns anys vam esmentar els àcids xenonucleics. En els àcids xenonucleics (XNA), per comptes d’emprar nucleòtids basats en la desoxiribosa (com fa l’ADN) o la ribosa (com fa l’ARN), s’utilitzen nucleòtids basats en altres molècules: arabinosa, hexitol, ciclohexè. Però sense moure’ns de l’ADN i de l’ARN és possible expandir el sistema genètic natural amb l’ús de bases nitrogenades diferents a les naturals: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) o uracil (U). De fet, en els sistemes biològics, de vegades apareixen bases modificades, que tenen un rol epigenètic. Però la cosa és anar-hi més enllà. Un grup d’investigadors coordinats per Steven A. Benner i Shuichi Hoshika, de Firebird Biomolecular Sciences ens presenten un exemple d’ADN de nova generació. Hom ha dit que el sistema genètic de la biosfera terrestre consisteix en un alfabet de quatre lletres: A, G, C, T (la T és substituïda per U en l’ARN). La doble cadena d’ADN es fonamenta en els ponts d’hidrogen que es formen entre les G i C (tres ponts d’hidrogen) i les A i T (dos ponts d’hidrogen). Doncs bé, Hoshika et al. han desenvolupat l’ADN i ARN hachimoji (de vuit lletres en japonès). Per fer-ho han afegit a les cinc bases nitrogenades naturals unes altres cinc: P (2-aminoidazol[1,2-a][1,3,5]triazin-4(1H)-ona), B (isoguanina), rS (isocitosina), dS (1-metilcitosina) i Z (6-amino-5-nitropiridin-2-ol). D’aquesta manera l’ADN hachimoji utilitza vuit lletres: A, C, G, T, P, B, dS i Z. L’ARN hachimoji també n’utilitza vuit: A, C, G, U, P, B, rS i Z. En l’ADN hachimoji de doble cadena podem trobar, a més dels aparellaments G-C i A-T, els dS-B i Z-P. Hoshika et al. han aconseguit, doncs, de sintetitzar ADN hachimoji i, acoblant-lo amb una ARN polimerasa del virus T7 modificada, han aconseguit transcriure’l en ARN hachimoji. La finalitat d’aquest sistema genètica ampliat és aconseguir biopolímers amb una densitat superior d’informació que els àcids nucleics convencionals de quatre lletres. De moment, Hoshika et al. reporten que el seu sistema compleix els requeriments estructurals per seguir una evolució darwiniana: una espinada polielectrolítica, una predictible estabilitat termodinàmica i uns monòmers estereoregulars adaptables a un cristall aperiòdic de Schrödinger. A través d’estructures cristal·lines mostren com la doble hèlix de l’ADN hachimoji és homòloga a l’ADN yonmoji. A banda de les potencialitats en enginyeria genètica, l’ADN hachimoji també convida a reflexions cosmobiològiques més profundes.

Estructura química de l’ADN yonmoji, de quatre lletres, que és la forma habitual dels genomes de la nostra biosfera. En l’ADN hachimoji a les quatre lletres basades en l’adenina (A), la timina (T), la guanina (G) i la citosina (C), s’hi afegeixen les lletres P, B (isoguanina), S (isocitosina) i Z. Els parells de nucleòtids de l’ADN hachimoji són quatre: A-T, G-C, S-B, Z-P.

Un sistema genètic de vuit lletres

Shuichi Hoshika treballa a Firebird Biomolecular Sciences LLC, d’Alachua (Florida) i és membre de la Foundation for Applied Molecular Evolution (FAME) de la mateixa localitat. És qui ha sintetitzat i purificat tots els oligonucleòtids hachimoji, així com els nucleòtids hachimoji-3’-fosfats, i els derivats d’ARN hachimoji necessaris per a les anàlisis de traspàs de marcatge.

Nicole A. Leal, també d’Alachua, ha realitzat tots els estudis sobre reaccions enzimàtiques, inclosos la preparació de diversos transcrits d’ARN, i fou qui desenvolupà la química analítica de l’ARN hachimoji (estratègies de cromatografia bidimensional en capa fina, etc.).

La síntesi de totes les fosforamidites i trifosfats d’hachimoji es va dur a terme a Alachua, a càrrec de Kim Myong-Jung, Kim Myong-Sang, Nilesh B. Karalkar i Kim Hyo-Joong.

De DNA Software Inc. participen en aquest estudi Norman E. Watkins Jr., Holly A. SantaLucia i John SantaLucia Jr. Foren ells els qui dissenyaren els oligonucleòtids d’ADN hachimoji, realitzaren els estudis de temperatura de fusió i interpretaren les dades resultants.

Saurja DasGupta i Joseph A. Piccirilli són del Department of Biochemistry and Molecular Biology i del Department of Chemistry de la University of Chicago. Foren ells els qui realitzaren els estudis biofísics sobre la variant Z de l’aptàmer d’espinac.

Alison M. Bates i Millie M. Georgiadis treballen al Department of Biochemistry and Molecular Biology de la Indiana University School of Medicine, d’Indianapolis. Els correspongué de realitzar tots els estudis cristal·logràfics i d’analitzar les tres estructures cristal·lines que contenien ADN hachimoji.

Adam J. Meyer i Andrew D. Ellington són del Center for Systems and Synthetic Biology de la University of Texas. Prepararen les variants d’ARN-polimerasa de T7.

John SantaLucia, Georgiadis i Steven A. Benner dirigiren la recerca i redactaren l’article amb l’ajut dels altres coautors.

Molts dels autors d’aquest article tenen interessos comercials en la propietat intel·lectual que deriva d’aquests treballs. El finançament de la recerca depèn en part de projectes de la NASA (NNX15AF46G), del National Institute of General Medical Sciences (R41GM119494, R01GM128186, R01GM102489) i de la NSF (CHE 1507816), així com d’ajust de la Templeton World Charity Foundation Inc. Els autors també agraeixen els serveis d’Accelero Biostructures Inc. en l’obtenció de dades cristal·logràfiques de difracció de raigs X.

L’article fou tramès a Science el 23 de gener del 2018. Les exigències dels revisors conduïren a una ampliació que fou tramesa el 25 de setembre del 2018, i que fou acceptada el 31 de gener d’enguany. La publicació tingué lloc el 22 de febrer.

L’ADN hachimoji persegueix augmentar la densitat d’informació respecte l’ADN convencional. Si en l’ADN convencional hi ha quatre tipus diferents de nucleòtids, en l’ADN hachimoji n’hi ha vuit. Erwin Schrödinger, en l’època fundacional de la biologia molecular, teoritzà sobre els requeriments estructurals dels nucleòtids per tal de formar un cristall aperiòdic capaç d’emmagatzemar i transferir de manera fiable informació molecular. Per construir l’ADN hachimoji calia complir els requeriments de Schrödinger. Sense complir-los, no seria possible construir per als biopolímers resultants de seguir l’evolució darwiniana.

Si pensem en l’ADN convencional, veurem que les quatre bases nitrogenades que conté són molècules polars, i que això facilita la formació de ponts d’hidrogen. Aquesta és la base química de la complementarietat A-T i C-G, i de fet també això explica que el parell C-G tingui una força d’enllaç superior (consisteix en tres pont d’hidrogen, mentre que en A-T n’hi ha tan sols dos). No obstant, ha estat possible la introducció de nucleòtids hidròfobs en sistemes genètics. Així, els ponts d’hidrogen no serien potser imprescindibles per a aconseguir molècules darwinianes, però sí ho seria el manteniment d’una complementarietat de mida. El problema és que els nucleòtids hidròfobs acaben per alterar l’estructura de doble hèlix.

L’ADN rokumoji, o de sis lletres, ha estat també proposat. Les sis lletres formen tres parells de nucleòtids determinats per ponts d’hidrogen. L’ADN rokumoji és capaç de reproduir comportaments característics de l’ADN de quatre lletres: se’l pot copiar, se’l pot amplificar, se’l pot seqüenciar, se’l pot transcriure i retrotranscriure, se’l pot traduir a proteïnes amb aminoàcids addicionals. En resum, l’ADN rokumoji té tots els elements d’una molècula darwiniana.

L’ADN hachimoji va un pas més enllà encara: vuit lletres. Es tracta de dissenyar dos conjunts addicionals d’heterocicles que forneixin dos patrons addicionals de formació de ponts d’hidrogen. Hoshika et al. en aquest disseny es basen en els paràmetres termodinàmics dels diferents dímers.

40 paràmetres de dímers per a l’ADN hachimoji

En l’ADN de quatre lletres els paràmetres requerits per avaluar les interaccions entre les 4 bases nitrogenades és de 12. En l’ADN de vuit lletres el nombre de paràmetres passa a 40.

Els quatre aparellaments de l’ADN hachimoji són G:C, A:T, S:B i Z:P. S és una pirimidina (3-metil-6-amino-5-(1’-β-D-2’-desoxiribofuranosil)-pirimidin-2-ona). B és una purina (6-amino-9[(1’-β-D-2’-desoxiribofuranosil)-4-hidroxi-5-(hidroximetil)-oxolan-2-il]-1H-purin-2-ona). Z és una altra pirimidina (6-amino-3-(1’-β-D-2’-desoxiribofuranolsil)-5-nitro-1H-piridin-2-ona). P és una altra purina (2-amino-8-(1’-β-D-2’-desoxiribofuranosil)-imidazo-[1,2a]-1,3,5-triazin-[8H]-4-ona). Tenim, doncs, quatre purines (G,A,B i P) i quatre pirimidines (C,T,S i Z).

Per obtindre els 40 paràmetres, es dissenyaren 94 duplex entre els nucleòtids estàndards (A, T, G, C), els anàlegs de purina (P, B) i els anàlegs de pirimidina (Z, S).

Els oligonucleòtids aparellats d’ADN hachimoji eren sintetitzats per química de fase sòlida a partir de fosforamidites sintètiques. A partir d’ells es calculaven les temperatures de fusió de cadascun dels 94 parells possibles de nucleòtids, i les ΔGo37 i ΔHo de cadascun d’ells.

Les dades resultats d’aquests experiments indicaven que l’ADN hachimoji GACTZPSB és un sistema informacional.

La mutabilitat de l’ADN hachimoji

Per què un sistema genètic sigui darwinià cal que pugui mutar sense que això danyi el cristall aperiòdic de Schrödinger que és la doble hèlix.

Hoshika et al. obtingueren les estructures cristal·lines d’alta resolució pels tres dúplex d’hachimoji. Per això sintetitzaren tres oligonucleòtids dúplexs: 5′-CTTATPBTASZATAAG 5′-CTTAPCBTASGZTAAG i 5′-CTTATPPSBZZATAAG. Els cristal·litzaren amb la retrotranscriptasa del virus de la leucèmia murina de Moloney. En tots tres casos l’ADN adoptava una forma B, amb 10,2-10,4 parells de bases per gir.

Les tres conformacions principals de l’ADN són les formes A, B i Z

L’ADN hachimoji té una estructura més semblant a l’ADN ric en GC que no pas a l’ADN pobres en GC. Els parells S:B tenen, però, un angle d’obertura superior als parells G:C. Els parells P:Z, es diferencien dels parells G:C, en presentar un angle de sivella superior. De tota manera, l’ADN hachimoji compleix el requeriment de Schrödinger de poder formar essencialment el mateix cristall aperiòdics, amb independència de la seqüència concreta de parells de bases. Això fa possible mutar la seqüència bo i conservant la doble hèlix.

La transcripció de l’ADN hachimoji a ARN

L’ARN hachimoji també disposa de vuit nucleòtids diferents. Com passa amb l’ADN de quatre lletres, el lloc de la timina (T) és ocupat per l’uracil (U). També hi ha un canvi en la base S (en lloc de la 1-metilcitosina hi ha la isocitosina), però Hoshika et al. reté el símbol S, de manera que l’ARN hachimoji es pot expressar com a GACUZPSB.

Per aconseguir la transcripció de l’ADN hachimoji havien de desenvolupar noves ARN polimerases. Establiren un assaig basat en el marcatge amb [α-32P]citidina-5’-trifosfat, la digestió amb ribonucleasa T2 i una cromatografia en capa fina.

L’ARN polimerasa T7 nativa és capaç d’incorporar riboZTP en llegir dP, riboPTP en llegir dZ i riboBTP en llegir dS. L’única posició en la que fallava era en afegir riboSTP en llegir dB. És remarcable que un enzim natural propi de l’ADN de quatre lletres pugui gairebé servir en forma nativa en l’ADN hachimoji. Però només és “gairebé”. Així doncs, Hoshika et al. van haver de cercar variants de l’ARN-polimerasa T7 que poguessin transcriure tots els quatre nous nucleòtids.

La variant FAL de l’ARN-polimerasa T7 presenta tres mutacions (Y639F, H784A, P266L). És especialment efectiva en incorporar riboSTP en llegir dB. Originàriament, aquesta variant havia estat desenvolupada com a polimerasa termostable capaç d’acceptar 2’-O-metil trifosfats. La variant FAL també incorporava els altres nucleòtids addicionals de l’ARN hachimoji.

Emprant l’ARN-polimerasa T7, Hoshika et al. pogueren sintetitzar una variant hachimoji de l’aptàmer d’ARN fluorescent d’espinac. La fluorescència la dona la 3,5-difluoro-4-hidroxibenziliden-imidazolinona.

L’ADN hachimoji: aplicacions i reflexions

Hoshika et al. ens presenten, doncs, un sistema genètic mutable basat en vuit mononucleòtids diferents. Passar de quatre mononucleòtids a vuit implica augmentar la densitat d’informació de la seqüència genètica. Un ADN hachimoji d’una longitud de n parells de nucleòtids pot presentar 8n seqüències diferents. Així una molècula d’ADN convencional de 16 nucleòtids pot tindre 4.294.967.296 seqüències diferents. Una molècula d’ADN hachimoji de la mateixa longitud en té 281.474.976.710.656 seqüències diferents. La major densitat informativa de l’ADN hachimoji li ofereix aplicacions en codificacions, marcatge combinatorial, emmagatzematge d’informació recuperable i en nanostructures d’autoensamblatge. Però, a més, l’ADN hachimoji és un sistema capaç de realitzar evolució molecular.

Que l’ADN hachimoji tingui aquestes potencialitats mostra com potser no hi ha res de particular en les bases G, A, C i T. L’actual sistema genètic de la biosfera terrestre es fonamenta en aquestes bases nitrogenades, però podrien haver altres sistemes genètics que utilitzin diferents combinacions de 4, 6, 8 i potser més bases nitrogenades. Qui sap si algun microorganisme encara no descobert en la biosfera terrestre no presenta potser un sistema genètic alternatiu amb algun altre parell de nucleòtids diferents de GC i AT? I qui sap quines combinacions existeixen en les biosferes hipotètiques d’altres planetes?

Lligams:

Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks. Shuichi Hoshika, Nicole A. Leal, Myong-Jung Kim, Myong-Sang Kim, Nilesh B. Karalkar, Hyo-Joong Kim, Alison M. Bates, Norman E. Watkins Jr., Holly A. SantaLucia, Adam J. Meyer, Saurja DasGupta, Joseph A. Piccirilli, Andrew D. Ellington, John SantaLucia Jr., Millie M. Georgiadis, Steven A. Benner. Science 363: 884-887 (2019).

Publicat dins de 3. La Vida | Deixa un comentari

L’estructura genètica dels eivissencs

Genètica humana: En els darrers anys, Elizabeth Matisoo-Smith i Pierre Zalloua han treballat sobre el llegat genètic dels fenicis a la Mediterrània. Pensar en els fenicis de la Mediterrània Occidental és pensar en Eivissa. L’European Journal of Human Genetics publicava la setmana passada un article co-signat per aquests autors, amb Francesc Calafell d’autor corresponsal i Simone Andrea Biagini on conclouen que els eivissencs constitueixen un isolat genètic en el marc de la Mediterrània Occidental. En un homenatge a Sandy Marton, titulen el seu article “People from Ibiza: an unexpected isolate in the Western Mediterranean”. En certa mesura, Eivissa seria com una Sardenya en miniatura. Però, quins factors són al darrera de les peculiaritats genètiques dels eivissencs?

Les Pitiüses, en una imatge de satèl·lit

Genotipatge d’eivissencs

Simone Andrea Biagini, Neus Solé-Morata, David Comas i Francesc Calafell són membres del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut, de l’Institut de Biologia Evolutiva, centre compartit entre el CSIC i la Universitat Pompeu Fabra, amb seu a Barcelona.

Elizabeth Matisoo-Smith és membre del Department of Anatomy, de la University of Otago, amb seu a Dunedin.

Pierre Zalloua és membre de la School of Medicine, de The Lebanese American University, amb seu a Chouran (Beirut).

Els autors agraeixen a Maria Ferrer l’ajut en la tasca de trobar donants eivissencs, i a Inés Quintela (del Cegen-USC) per l’ajut en el genotipat de les mostres d’aquests donants. També reconeixen l’esperit de col·laboració de tots els donants. La recerca es va finançar amb els projectes CGL2016-75389-P del FEDER, 2014 SGR 866 de la Generalitat de Catalunya i MDM-2014-0370 del Ministerio de Economía y Empresa. Biagini fa la tesi doctoral amb la beca BES-2014-069224.

L’article fou enviat a l’European Journal of Human Genetics el 10 d’agost del 2018. Se’n va fer una revisió, completada el 15 de gener del 2019, que fou acceptada el 24 de gener. L’article fou publicat el 14 de febrer.

L’objectiu de l’estudi és entendre els patrons genètics observats en la població de l’illa d’Eivissa en el context de la Conca Mediterrània Occidental, i correlacionar-los amb esdeveniments històrics.

En el marc de l’estudi es realitzà un genotipat d’abast genòmic de 189 mostres, procedents de 13 de les 17 comunitats autònomes d’Espanya. A més s’inclouen 105 mostres de Canaan i 157 mostres del nord d’Àfrica. A totes aquestes mostres modernes s’hi afegeix una mostra antiga procedent del jaciment fenici de Cas Molí (Zalloua et al., 2018).

La història d’Eivissa

Es coneix ben poc dels primers pobladors d’Eivissa, més enllà d’alguns conjunts megalítics que, si més no en la primera època, recorden a la cultura talaiòtica de les Illes Gimnèsies. En certa forma, la història d’Eivissa comença amb l’arribada dels fenicis en el segle VIII a.C., que potser es trobaran unes Pitiüses deshabitades. L’Eivissa fenícia quedaria sota l’òrbita de Cartago en el segle V a.C. Arran de la Segona Guerra Púnica, a final del segle III a.C., les Pitiüses, com les Gimnèsies, quedaren sota l’òrbita de Roma. En el segle I d.C. hi ha indicis d’una comunitat hebrea. La romanització suposà un tall amb la cultura fenícia pròpia d’Eivissa, que quedà inclosa en la província Balearica. Malgrat el col·lapse de l’Imperi Romà d’Occident, Eivissa, com la resta de l’arxipèlag balear, mantingué uns certs lligams amb la nova capital romana, Constantinoble, tret d’un primer i efímer interval sota l’òrbita del Regne dels Vàndals (estructurat al voltant de Cartago). En el segle X les illes foren incorporades al Califat de Còrdova. Durant el període taifal, Eivissa depengué primer de Dènia i després de Mallorca. El 8 d’agost del 1235 culminà la conquesta d’Eivissa per part d’una aliança formada per Guillem de Montgrí (arquebisbe de Tarragona), Nunó Sanç (comte de Rosselló) i l’infant Pere de Portugal. L’illa fou repoblada per catalans.

Tan abans com després del 1235, però, resulta difícil correlacionar aquest panorama històric (tampoc no gaire esclarit en diverses etapes, particularment abans del segle X) amb la història de les poblacions eivissenques. Aquesta història de les poblacions és més aviat registrada en l’estructura genètica de la població insular, però no és gaire coneguda.

El caràcter distintiu dels eivissencs

Anàlisi de components principals dels genotipats genòmics obtinguts per Biagini et al. La majoria de mostres, corresponents a la població peninsular, de la de les illes Gimnèsies i de la de Canàries, formen un agregat, del qual escapen mostres del País Basc. Però també escapen notablement d’aquest agregat mostres procedents d’Eivissa.

Biagini et al. troben una clara diferenciació entre les mostres procedents d’Eivissa i les de la resta d’Espanya (incloent-hi Mallorca i Menorca).

A què es deu aquesta diferenciació? És potser degut a la colonització fenícia, de caràcter intens, i que constitueix un dels períodes diferencials de la història d’Eivissa respecte de Mallorca-Menorca i de la Península Ibèrica? O és el resultat de fenòmens posteriors?

Biagini et al. per respondre aquestes qüestions comparen els genomes moderns eivissencs amb el genoma antic de Cas Molí, amb genomes moderns llevantins i nord-africans (representatius de l’herència fenícia originària i del seu impacte a través de Cartago i altres colònies). Troben que no hi ha cap indici d’herència genètica fenícia entre els eivissencs actuals.

De fet, sembla que allò que ha convertit els eivissencs en una illa genètica en el marc de la Mediterrània Occidental és la pròpia insularitat. Biagini et al. reconstrueixen els índexs d’homozigositat i la població efectiva d’Eivissa al llarg del temps. En una població relativament reduïda i relativament aïllada la deriva gènica actua amb més força que no pas en les terres continentals, o en les illes més grans.

Eivissa té una superfície de 577 km2. La població actual és de vora de 140.000 persones, però aquesta xifra té lloc en el context modern de turistificació. Si pensem en les condicions de vida tradicionals i en el caràcter muntanyós de l’illa, i en els límits del clima mediterrani, la capacitat de poblament d’Eivissa era restringit. En el 1800, la població d’Eivissa era de 16.000 persones, i en el 1960 de 34.000. La història demogràfica al període anterior dels censos és més difícil d’estimar, però diversos indicis mostren canvis demogràfics notables, marcats per períodes de forta davallada degut a fams, guerres i malalties, tant endèmiques (com la malària, en particular) com epidèmiques. D’aquesta situació precària deriva, doncs, l’estructura genètica particular dels eivissencs moderns.

Lligams:

People from Ibiza: an unexpected isolate in the Western Mediterranean. Simone Andrea Biagini, Neus Solé-Morata, Elizabeth Matissoo-Smith, Pierre Zalloua, David Comas, Francesc Calafell. European Journal of Human Genetics doi.org/10.1038/s41431-019-0361-1 (2019).

Publicat dins de 6. La Civilització | Deixa un comentari

La Gran Recessió del 2008 a Europa: a més decreixement major disminució de les taxes de mortalitat

Demografia: Les crisis modernes tenen poc a veure amb les crisis de les societat pre-industrials. Aquelles crisis prenien habitualment la forma de crisis de subproducció i, per tant, hom entenia que s’expressessin en forma de caresties i, eventualment, de fams i mortaldats associades. Els efectes d’aquelles crisis, però, no són gaire diferents dels d’una crisi comercial moderna: carestia, ruïna, etc. Però aquestes crisis comercials no són degudes a una subproducció sinó més aviat a un brot de superproducció. Hi ha massa producte, massa productors, i els beneficis cauen en picat per un excés d’inversions que han deixat d’ésser rendibles. La crisi moderna se supera a través d’una destrucció de la capacitat productiva, de conseqüències socials duríssimes: eventualment es recupera el creixement però es preparen les bases amb aquest creixement d’una futura crisi. Hom pot parla, doncs, finalment d’un cicle econòmic o cicle de negoci en el que s’alternen les fases de creixements i les fases de decreixement (o de recessió). Encara que el cicle té un component global, també hi ha components de natura més sectorial o regional. El cicle econòmic, alhora, no impedeix l’existència de tendències més generals, és a dir d’un creixement secular. El creixement econòmic s’associa al benestar social en la gran escala temporal, però apareix una paradoxa quan hom es fixa en la relació, dins d’un cicle econòmic, entre el creixement econòmic i la variació en els índexs de mortalitat. Hom esperaria que en les fases de recessió la mortalitat augmentés, i que disminuís en la fase de recuperació/expansió. Contràriament, hom troba que les recessions s’associen habitualment a períodes amb augments més ràpids de l’esperança de vida, mentre que en els períodes de creixement econòmic aquests augments de l’esperança de vida són més reduïts o, fins i tot, negatius. Joan Ballester, del Programa de Clima i Salut de l’Institut de Salut Global de Barcelona ha encapçalat un estudi, que es publica avui a Nature Communications, sobre la relació entre les estimacions anuals de PIB per càpita, les temperatures atmosfèriques diària i les taxes estandarditzades de mortalitat per a un gran conjunt de regions europees durant els darrers anys. Amb aquesta anàlisi Ballester et al. volien descriure l’efecte de la Gran Recessió escaiguda a partir del 2008 en els canvis anuals i estacionals dels patrons de mortalitat humana. Efectivament, troben que els països i regions amb un enlentiment superior de l’economia també eren els que experimentaven un major enfortiment de la tendència a la caiguda de la mortalitat, i a l’inrevés. Ballester et al. parlen, doncs, d’una evolució procíclica de les taxes de mortalitat. Aquest tret és més marcat en l’estació freda, la qual cosa indica els lligams existents entre economia, clima i salut.

Creixement econòmic i esperança de vida

Joan Ballester és professor de clima i salut de l’Institut de Salut Global (ISGlobal) de Barcelona. És qui ha pres el paper principal en el disseny d’aquest estudi, en la formulació d’hipòtesis i en les anàlisis numèriques.

El demògraf Jean-Marie Robine

és director de recerca i d’estudi de l’Institut Nacional de la Santat e Recèrca Medica (INSERM) de Montpelhièr, i de l’École Pratique des Hautes Études, de Paris. Robine ha obtingut les dades de mortalitat diària i de població anual utilitzades en aquest estudi.

François R. Herrmann és membre de la Divisió de Geriatria del Departament de Rehabilitació i Geriatria de la Universitat de Geneva, amb seu a Thonex. Herrmann i Robine dissenyaren l’algoritme per al càlcul de les estimacions de població diària. Correspongué a Herrmann implementar-lo. També computà i estandarditzà les taxes de mortalitat diària després d’homogeneïtzar les dades dels països.

Xavier Rodó és el cap del programa de Clima i Salut d’ISGlobal. Participà en el disseny de l’estudi i contribuí en la interpretació de les dades.

La recerca fou finançada a través dels projectes Blue-Action, PUCS i ACCLIM, tots ells finançats pel programa Horizon 2020 de la Unió Europea, així com pel projecte que Robine té del Programa d’Acció Comunitària de la UE. S’utilitzaren dades del projecte ENSEMBLES i ECA&D.

Ballester redactà un esborrany de l’article, sobre el que feren aportacions Robine i Rodó. El 10 de juliol del 2018 l’article fou rebut per la revista Nature, que el revisà el 16 de gener i l’acceptà el dia 17 per a Nature Communications, on es publicà el 8 de febrer.

Els dos darrers segles són un clar testimoni de l’associació positiva existent entre creixement econòmic i esperança de vida. Encara l’actualitat, els països més desenvolupats, és a dir amb un PIB per càpita superior, mostren esperances de vida superiors als països menys desenvolupats. Diversos indicis assenyalen que el creixement econòmic promou una major esperança de vida, i d’altres que una major esperança de vida afavoreix el creixement econòmic. Els mecanismes que fan que el creixement econòmic allargui l’esperança de vida tenen a veure amb la major inversió en educació, serveis socials, recerca i sistemes de sanitat pública. Aquests efectes positius acaben superant els impactes negatius que sobre la salut té el creixement econòmic.

L’augment en l’esperança de vida s’expressa en una caiguda de la taxa de mortalitat. De manera inversa, augments en la taxa de mortalitat comporten una disminució en l’esperança de vida. Pel que hem dit, hom esperaria que, en el curs del cicle econòmic, les major disminucions en la taxa de mortalitat es produïssin en les fases expansives: es tractaria d’un comportament contra cíclic. En canvi, diversos estudis assenyalen justament el contrari: les majors disminucions en la taxa de mortalitat es produeixen en les fases recessives: un comportament procíclic.

Les crisis econòmiques s’associen a la destrucció de llocs de treball i a l’augment de les taxes de desocupació. Les condicions de vida empitjoren, i empitjoren especialment per als grups socialment més vulnerables. En la Gran Recessió del 2008, a més de l’efecte d’augment de la desocupació, hi hagué l’impacte de les retallades, particularment a partir del 2010, quan la caiguda dels ingressos fiscals comportà un crisi de deute públic i els governs optaren per l’aplicació de programes d’austeritat. En els sistemes sanitaris públics hi hagué una disminució en l’ús de l’assistència sanitària i en les revisions mèdiques rutinàries.

Contràriament, els moments d’expansió econòmica ofereixen oportunitats laborals. Fins i tot els sectors que queden al marge d’aquestes oportunitats, es poden beneficiar a través de l’augment de la despesa pública i de la millora dels sistemes d’atenció sanitària.

Pot semblar una paradoxa, doncs, que hi hagi indicis en el sentit contrari, i no tan sols en els països desenvolupats sinó també en els països en vies de desenvolupament. L’evolució procíclica de la mortalitat s’ha observats en diferents períodes. Hom ho atribuït al fet que, durant les recessions, hi ha una reducció en la contaminació atmosfèrica; també hi ha una reducció en les morts degudes a accidents laborals i de trànsit; disminueixen també els índexs d’alcoholisme, tabaquisme, obesitat i inactivitat física. Sembla temptador atribuir el mecanisme procíclic a l’estrès laboral i a la manca de temps per seguir hàbits saludables.

Ballester et al. conceberen aquesta recerca degut als debats més o menys encesos que hi ha hagut en la premsa mèdica sobre cicle econòmic i mortalitat. Volgueren entrar-hi vinculant-hi també el factor estacional. Així doncs, combinen estimacions de producte interior brut (PIB), de temperatures diàries i de taxes de mortalitat, per tal de poder descriure l’efecte de la recessió del 2008 a Europa sobre els canvis anuals i estacionals en la mortalitat humana. S’analitzen les associacions en una sèrie de regions i països europeus. Ballester et al. troben indicis sobre el caràcter procíclic de l’evolució de les taxes de mortalitat, i que això es concentra en els mesos més freds de l’any.

Deu anys, 140 regions i 400 milions de persones

Es recolliren per al període 2000-2010 comptatges diaris de mortalitat per tota casa i d’estimacions anuals de població per sexe i per grups d’edat (0-4, 5-9, etc., 74-79, >80) per a 140 regions que representaven una població total de 400 milions de persones. D’aquestes 140 regions, 9 eren austríaques, 11 eren belgues, 2 eren croates, 8 eren txeques, 1 era danesa, 22 eren franceses, 16 eren alemanyes, 21 eren italianes, 1 era luxemburguesa, 1 era neerlandesa, 16 eren poloneses, 5 eren portugueses, 1 era eslovena, 16 eren espanyoles i 10 eren angleses o gal·leses. Els nombres diaris de població s’obtenien a través de la integració dels comptes diaris de mortalitat específics d’edat.

L’estandardització de les dades de mortalitat considera els grups de sexe i d’edat respecte d’una població de referència. Se seleccionà com a població de referència la del total de residents presents en els 15 països esmentats el 31 de desembre del 2005. Les taxes de mortalitat, una vegada estandarditzades, mostren un pendent de disminució més marcat, ja que llavors deixa d’operar l’efecte degut a l’envelliment de la població. Ballester et al. en el seu article tan sols consideren les taxes de mortalitat estandarditzades. De fet, com que no tenien dades de mortalitat per sexe i edat per a dos països i dos anys (Croàcia i Regne Units per als anys 2000 i 2001), deixaren de banda aquests punts de l’anàlisi.

Les estimacions anuals de PIB per càpita, en nivells expressats pels preus de referència del 2010 o en preus corrents de mercat, procedeixen d’Eurostat. Com que en la dècada analitzada, els nivells d’inflació a Europa eren prou baixos, totes dues expressions del PIB mostren una relació lineal en cada país. A nivell regional, en tot cas, Eurostat només ofereix el PIB a preus corrents de mercat.

A partir de la base de dades E-OBS v.14 d’ECA&D s’extragueren observacions de temperatura diària amb una resolució geogràfica de 0,25˚x0,25˚, que Ballester et al. transformaren en estimacions regionals.

Per a visualitzar l’efecte de les crisis econòmiques en les tendències de mortalitat anual, s’obtingué la mitjana dels canvis relatius any per any en el PIB i la mortalitat anuals durant els períodes d’expansió i de recessió.

Per al càlcul de relació entre temperatures diàries i taxes de mortalitat, s’aplicà un retard temporal per maximitzar la quantitat de variança explicada. Així que mentre en l’època estival (juny, juliol, agost i setembre) el retard aplicat era 0, per a la resta de l’any s’utilitzava un retard d’1 setmana. Per a cada país o regió es computaren els percentils de les sèries de temperatura diària, i s’assignà a cada percentil la xifra de mortalitat corresponents.

El comportament procíclic de la mortalitat

En analitzar la primera dècada del segle XXI, Ballester et al. comparen les tendències de mortalitat abans i després de l’inici de la Gran Recessió a Europa. El primer que cal establir és, doncs, en quin moment comença aquesta Gran Recessió. Hom considera que la recessió es produeix quan hi ha un mínim de dos trimestres consecutius amb tendència negativa en el PIB controlat estacionalment. Amb aquesta definició oficial, tant la Unió Europea en general, com l’Eurozona en concret, foren en recessió entre el tercer trimestre de l’any 2008 i el segon trimestre de l’any 2009. Els valors de cada país, però, poden diferir. Així, a Itàlia la recessió començà ja el tercer trimestre del 2007. Altres països no començaren la recessió fins el quart trimestre del 2008 (Bèlgica, Croàcia, Països Baixos, Eslovènia, Espanya), i en el cas de la República Txeca no s’hi entrà fins el primer trimestre del 2009. Polònia ni tan sols arribà a experimentar dos trimestres consecutius amb un creixement negatiu del PIB. Pel que fa a la sortida de la recessió, entre els primers a fer-la hi hagué Alemanya i Portugal (segon trimestre del 2009), i entre els darrers Espanya (primer trimestre del 2010) i Croàcia (tercer trimestre del 2010).

L’heterogeneïtat en les dades de recessió van fer que Ballester et al. optessin més aviat per computar les correlacions entre els canvis en el PIB anual i les tendències de mortalitat. Cada correlació obtinguda era corregida per l’arrel quadrada de la població afectada.

Gràfic de mostra les dades de PIB real (en milers d’euros de PIB anual, eix x) i de mortalitat ajustada per edat i sexe (morts anuals per cada 1000 habitants, eix y). Els quadrets corresponent a l’any 2000, els diamants a l’any 2007 i les rodones a l’any 2010. En tots els països es registra una reducció en la mortalitat. L’augment de PIB per al període 2000-2010 es registra en tots els països, excepte Itàlia, però els que més creixen són Polònia, República Txeca, Eslovènia i Croàcia. La dècada acaba amb recessió per a tots els països, excepte Polònia, que mantingué el creixement positiu, i Alemanya que romangué en un creixement 0.

La taxa de mortalitat estandarditzada disminuí en tots els països durant la dècada del 2000-2010, tant en el període de creixement econòmic com en el de recessió. Ara bé, gairebé en la meitat dels països analitzats (Dinamarca, Espanya, Croàcia, Luxemburg, Polònia, Eslovènia) la major disminució es produeix a partir del tercer trimestre del 2008.

Existeix una correlació entre el nivell d’enlentiment econòmic i el nivell d’enfortiment de la caiguda de la mortalitat. La correlació de Pearson entre les dues variables és de 0,62 per als països i de 0,53 per a les regions.

Temperatura i comportament procíclic de la mortalitat

Hom pot expressar la tendència a la mortalitat del període d’expansió econòmica com els canvis en la mortalitat en el període 2004-2007 respecte del 2000-2003. Pel que fa a la recessió econòmica, serien els canvis en la mortalitat en el període 2008-2010 respecte del període 2004-2007. Les diferències de mortalitat entre els subperíodes consecutius són independents del valor de temperatura.

Ballester et al. analitzen el comportament procíclic de la mortalitat en els percentils de temperatura de 10, 25, 40, 60, 75 i 90. En general, per als diferents percentils es reprodueix el comportament procíclic de la mortalitat. És en els percentils 10-70, corresponents a la part freda de l’any, que es fa més forta la relació entre el canvi en el creixement econòmic i la tendència de mortalitat. En canvi, en la part més vàlida (percentils 70-90), l’associació entre les dues és més petita, si bé es manté aquesta situació procíclica del perfil de mortalitat.

Cicle macroeconòmic i taxa de mortalitat

Ballester et al., doncs, mostren una evolució procíclica de les taxes de mortalitat, tant pel que fa a la intensitat com a la durada del cicle econòmic. Aquest comportament procíclic s’explicaria per dos aspectes:
– en el període d’expansió macroeconòmica hi ha majors índexs de contaminació, de riscos laborals i de trànsit associats a l’activitat industrial, més desplaçament, major consum de calories, d’alcohol, de tabac.
– en el període de recessió econòmica disminueix la contaminació atmosfèrica i el nombre de morts en accidents de trànsit.

Així doncs, els canvis en la contaminació atmosfèrica i en les morts per accidents de trànsit i laborals serien els principals factors que explicarien el comportament procíclic de la mortalitat. A curt termini, aquests factors superen els elements que tindrien un efecte contracíclic en la direcció oposada.

Els efectes procíclics semblen més marcats durant l’autumni, l’hivern i la primavera, que no pas durant l’estiu. Això podria indicar que l’associació entre l’expansió macroeconòmica i l’augment de la mortalitat vindria lligada al caràcter estacional de les principals causes de mortalitat.

Lligams:

Effect of the Great Recession on regional mortality trends. Joan Ballester, Jean-Marie Robine, François R. Herrmann, Xavier Rodó. Nature Communications 10: 679 (2019).

Publicat dins de 6. La Civilització | Deixa un comentari

Com afecta l’exposició pre-natal i post-natal a xenobiòtics en la funció pulmonar dels infants: dades de la cohort HELIX

Toxicologia ambiental: És noció general que la industrialització s’ha manifestat químicament en la introducció d’un gran nombre de substàncies anteriorment desconegudes o poc presents. Alguns d’aquests xenobiòtics tenen efectes tòxics ben establerts, i per això mateix existeixen mesures per limitar-ne l’ús i l’exposició. El concepte de toxosfera vol transmetre la idea que els efectes tòxics d’una substància es produeixen en una interacció complexa amb altres substàncies. L’exposoma, doncs, seria el conjunt d’exposicions que pateix un sistema biològic, de la mateixa manera que hom parla de genoma per referir-se al conjunt de gens, de proteoma per referir-se al conjunt de proteïnes, o de metabol·loma per referir-se als conjunt de metabòlits d’aquest mateix sistema. La perspectiva d’aquests conceptes, doncs, va més enllà de l’anàlisi toxicològica clàssica, i per tant són unes altres les tècniques que fan servir. La revista Lancet publica avui un article encapçalat per Lydiane Agier, de l’Equip d’Epidemiologia Ambiental aplicada a la Salut Reproductiva i Respiratòria, de Grenoble, que tracta sobre la relació entre l’exposoma en les primeres etapes de la vida i la funció pulmonar en infants. Si bé hi ha estudis que assenyalen com algunes substàncies, en aquesta primera etapa de la vida, poden afectar la funció pulmonar infantil, Agier et al. remarquen que no s’ha publicat res amb una visió exposòmica. Per realitzar aquest estudi, Agier et al. fan una anàlisi de dades de la cohort HELIX. Les sigles d’HELIX volen dir “Human Early-Life Exposome”. En aquesta anàlisi, Agier et al. empren dades de 1033 mares i dels seus fills respectius, procedents de sis cohorts natals longitudinals (França, Grècia, Lituània, Noruega, España i Regne Unit, entre el 2003 i el 2009). Hi ha un registre vàlid d’espirometria per a cadascun dels infants, que Agier et al. han creuat amb 85 dades d’exposició pre-natal i 125 dades d’exposició post-natal, així com altres dades sobre estil de vida. Troben que l’exposició pre-natal a perfluorononanoat i perfluorooctanoat s’associa significativament amb una valor inferior del volum expiratori forçat en 1 segon. De les exposicions post-natals mostren una associació semblant el coure, l’etil-paraben i diversos metabòlits de l’ftalat. Per Agier et al. reduir l’exposició a aquestes substàncies químiques, d’altrament ubiques a hores d’ara, podria ajudar a previndre el desenvolupament de malalties respiratòries cròniques.

Exposoma i funció pulmonar

L’exposoma durant el període de desenvolupament, tant en la vida pre-natal com en els primers temps de la vida post-natal, pot tindre conseqüències anatòmiques, fisiològiques i metabòliques en la vida posterior. Hi ha una bona col·lecció d’articles que ens parlen de com l’exposició pre-natal al fum del tabac augment el risc de patir asma, com també l’augment l’exposició a la contaminació atmosfèrica. Hi ha indicis també d’efectes respiratoris de diversos compostos organoclorats, organofluorats, etc. Però pràcticament tots els estudis es fonamenten en l’anàlisi de compost per compost. Una anàlisi veritablement exposòmica tindria en compte a la vegada totes les exposicions.

El 17 de desembre del 2018, Agier et al. feren una recerca d’articles sobre exposoma i funció pulmonar infantil amb les cadenes següents:
– (“Exposure” and “Environment”) OR (“Exposome”).
– (“Lung function” and “Epidemiology” and “Children”).

Trobaren 295 articles, però tan sols 11 investigaven, si més no, dues famílies d’exposicions. Però aquests 11 articles incloïen poques exposicions ambientals, i ningú no utilitzava biomarcadors d’exposició ni models ambientals de petita escala. Agier et al., en canvi, integren 17 famílies d’exposicions, que cobreixen diferents àmbits: aire lliure, ambients tancats, productes químics i estil de vida. En total, analitzen 85 exposicions durant la gestació i 125 exposicions durant la infantesa. Ho fan sobre un total de 1033 mares i 1033 infants. Com a dada de funció pulmonar utilitzen una espirometria feta quan els infants tenien entre 6 i 12 anys, i es fixen en el volum expiratori forçat en el primer segon.

El projecte HELIX

El projecte HELIX naix de la col·laboració establerta entre sis cohorts europees de naixements de caràcter longitudinal i representatives de la poblacions general:
– Born in Bradford (BiB), amb infants nascuts el 2007-08.
– Étude des Déterminants Pré et Postnatals du Développement et de la Santé de l’Enfant (EDEN), amb infants nascuts el 2003-05.
– Infancia y Medio Ambiente (INMA), amb infants nascuts el 2005-07.
– Kaunas Cohort (KANC), amb infants nascuts el 2007-09.
– Estudi de Cohort Noruega de Mares i Fills (MoBa), amb infants nascuts el 2005-07.
– Cohort Mare i Fill de Creta (RHEA), amb infants nascuts els 2007-08.

Totes aquestes cohorts continuen en funcionament. Agier et al. en aquesta anàlisi empren una subcohort de 1301 naixements simples (exclouen, doncs, els parts múltiples), dels quals hi ha dades d’exposició ambiental des de diferents perspectives (exposició urbana, exposició a productes químics, exposició a estils de vida) i dades d’espirometria dels infants obtingudes entre els 6 i els 12 anys d’edat.

Les exposicions analitzades es poden resumir en les famílies següents:
– contaminants atmosfèrics: NO2, PM2,5, PM10, PMabs.
– radiació ultraviolada.
– espai natural de l’entorn, que inclou dades sobre espais verds al voltant de la llar en 100-300 metres.
– meteorologia: temperatures (mitjana, mínima, màxima), humitat, pressió atmosfèrica.
– ambient construït: densitat demogràfica, densitat d’edificació, connectivitat, accessibilitat, índex de caminabilitat.
– trànsit: càrrega de trànsit a 100 metres a la rodona.
– soroll de trànsit rodat: nivells de trànsit rodat durant tot el dia i durant la nit.
– compostos organoclorats: concentracions sanguínies de diclorodifenildicloroetilè, diclorodifeniltricloroetà, hexaclorobenzè, PCB-118, PCB-138, PCB-153, PCB-170, PCB-180, totes elles ajustades a contingut lipídic.
– compostos bromats: concentracions sanguínies de PBDE-47 i PBDE-153, ajustades a contingut lipídic.
– substàncies perfluorinades: concentracions sanguínies de perfluorooctanoat, perfluorononanoat, perfluoroundecanoat, sulfonat de perfluorohexà i sulfonat de perfluorooctà.
– elements metàl·lics i essencials: concentracions sanguínies d’arsènic (As), cadmi (Cd), cesi (Cs), cobat (Co), coure (Cu), plom (Pb), manganès (Mn), mercuri (Hg), molibdè (Mo) i tal·li (Tl).
– metabòlits de ftalat: concentracions d’orina ajustades a creatinina.
– fenols: concentracions d’orina de metil-paraben, etil-paraben, bisfenol A, propil-paraben, N-butil-paraben, oxibenzona i triclosà, ajustades a creatinina.
– metabòlits de pesticides organoclorats: concentracions d’orina de dimetil-fosfat, dimetil-triofosfat, dimetil-ditiofosfat, dietil-fosfat, dietil-tiofosfat i dietil-ditiofosfat, ajustades a creatinina.
– productes de desinfecció de l’aigua: concentració total de trihalometans totals, de cloroform, i de triohalometan bromats totals estimats en l’aigua de l’aixeta d’acord amb les dades de concentració i distribució de les companyies subministradores.
– interiors: concentracions de NO2, PM2,5, PMabs, benzè i TEX (toluè, etilbenzè, xilè).
– estil de vida: alimentació, activitat física, hores de son, mascotes en el domicili.
– capital socioeconòmic: freqüència de contacte amb familiars i amics, participació social, puntuació d’ingressos familiars, densitat de la llar.

Els factors d’entorn foren estimats d’acord amb un sistema d’informació geogràfica. Les exposicions químiques es mesuraven en mostres de plasma, sèrum, sang sencera o d’orina. A través de qüestionaris es recollia la informació econòmica (“Family Affluence Scale”), de participació i contacte social, i de densitat de llar, així com el tabaquisme, l’activitat física, etc.

En el marc del seguiment de la subcohort HELIX es realitzà un exam als infants participants. En el moment de l’exam, els infants tenien entre 6 i 12 anys. La funció pulmonar fou estimada amb un test d’espirometria. Es tracta d’un test sensible i més encara en infants. Així que s’obtingué, si més no, en sis maniobres, descartant les dades en cas de vacil·lació, falses arrencades en l’expiració, tos, esforços desiguals, tancament de glotis, terminació primerenca, fuites d’aire, etc. Calia obtindre per cada infant, si més no, res maniobres vàlides i que fossin reproduïbles (amb un rang inferior als 200 mL). És a través d’aquest filtre que hom finalment acceptava un valor de capacitat vital forçada (FVC) i de volum expirat forçat en el primer segon (FEV1).

Exposoma i FEV1%

Dels 1301 infants de la subcohort, tan sols s’obtingueren dades vàlides de FEV1% en 1033, és a dir en un 79%. D’aquests 1033 infants, els valors de FEV1% val del 60,9% al 139,2%, amb una mediana situada en 98,6%, i un interval interquartílic entre el 89,6% i el 107,4%.

En el moment de passar l’espirometria, aquests 1033 infants tenien de mediana 8,1 anys (amb un rang interquartílic (IQR) de 6,5 a 9 anys, i un rang total de 6 a 12 anys). Les diferències d’edat tenen a veure amb la cohort de procedència, i així els valors de FEV1% podien anar dels dels obtinguts en la cohort francesa EDEN (84,9-98,6 en IQR) als obtinguts en la cohort lituana (103,9-120,2).

L’edat mediana de les 1033 mares durant la gestació inclosa en l’estudi fou de 31,0 anys (27,7-34,1 IQR). Els infants foren alletats durant una mediana de 5,2 setmanes (3,9-6,0 IQR). Dels 1033 infants, 544 foren nens (53%). Dels 1033, 476 no tenien cap germà gran (46%).

Quan hom compara les característiques clíniques i demogràfiques dels 1033 infants amb espirometries vàlides i 268 exclosos per manca d’una espirometria vàlida, s’obtenen dades semblants. Sí que hi ha diferència, en canvi, entre cohorts.

L’anàlisi estatística d’associació (ExWAS) identifica en l’exposoma prenatal les següents associacions:
– perfluorooctanoat: cada duplicació en el nivell d’exposició s’associa amb un canvi mitjà de -1,7% en el FEV1%.
– perfluorononanoat: cada duplicació en el nivell d’exposició s’associa amb un canvi mitjà de -1,8% en el FEV1%.
– la distància inversa a la carretera més propera s’associa amb un canvi mitjà de 1,0% en el FEV1%

Aquestes associacions amb elements de l’exposoma prenatal, però, no resisteixen una anàlisi de comparacions múltiples.

L’ExWAS per a l’exposoma post-natal identifica nous variables associades amb una disminució de FEV1%:
– exposició al mono-2-etil-5-oxohexil-ftalat (MEOHP).
– exposició al mono-2-etil-5-hidroxihexil-ftalat (MEHHP).
– exposició al mono-2-etil-5-carboxipentil-ftalat (MECPP).
– exposició a la suma de tots metabòlits de di-etilhexil-ftalat (DEHP), en els quals s’inclouen el MEOHP, el MEHHP i el MECPP. Cada duplicació en el nivell d’exposició s’associa a un canvi mitjà de -1,6% de FEV1%.
– exposició a mono-4-metil-7-oxooctil-ftalat (OXOMiNP). Cada duplicació en el nivell d’exposició s’associa a un canvi mitjà de -0,6% de FEV1%.
– exposició a etil-paraben. Cada duplicació en el nivell d’exposició s’associa a un canvi mitjà de -0,6% de FEV1%.
– densitat de la llar: un augment d’una unitat d’aquesta variable s’associa a un canvi mitjà de -1,1% de FEV1%.
– densitat d’instal·lacions al voltant de l’escola: un augment d’unitat en l’escala logarítmica d’aquesta variable s’associa a un canvi mitjà de -0,9% de FEV1%.

D’aquestes associacions, cap no resisteix una correcció de comparacions múltiples. Les associacions més robustes eren les de l’exposició a etil-paraben i de densitat de la llar.

En general, les variables associades no fortament heterogènies entre les diferents cohorts. Una excepció és la densitat d’instal·lacions en l’àrea escolar que tendeix a ésser menor per a les cohorts anglesa i francesa, i superior per a la cohort cretenca.

Si hom analitza les dades dels infants asmàtics d’aquest estudi, hom troba associacions fortes amb la FEV1% i amb l’exposició prenatal a perfluorooctanoat.

Reflexions i recomanacions

D’acord amb les dades d’aquest estudi exposòmic, l’exposició prenatal a perfluorats (perfluorononanoat i perfluoroctanoat) i l’exposició postnatal a coure, etil-paraben, metabòlits de DEHP i DINP, i la densitat familiar, s’associen amb una valors inferiors de FEV1 en la infància.

Estructura química de l’àcid perfluorooctanoic

El perfluorooctanoat i el perfluorononanoat són compostos sintètics organofluorats que s’utilitzen com a repel·lents anti-taques. Aquesta propietat la deuen a la capacitat surfactant i hidròfoba. Es troben per tot arreu. L’exposició prenatal es realitzaria principalment per via placentària des de la dieta materna, i continuaria després durant la lactància. Alguns estudis indiquen que aquestes substàncies tenen efectes immunodepressors i és possible que sigui a través d’efectes inflamatoris que afectin el desenvolupament pulmonar, com indiquen alguns models animals. L’impacte de l’exposició al perfluorooctanoat sobre el valor de FEV1% és més elevat en infants asmàtics. Per Agier et al., aquestes dades assenyalen que caldria treballar per reduir l’exposició a aquests compostos.

Estructura del bis(2-etilhexil)ftalat (DEHP)

No obstant, les associacions més fortes Agier et al. les troben amb metabòlits de DEHP (MECPP, MEHHP, MEOHP, etc.) i de DINP (OXOMiNP). Aquests ftalats s’utilitzen principalment com a plastificadors. Les vies d’exposició poden ésser la ingesta, la inhalació o l’absorció dèrmica. Diversos estudis assenyalen que el efecte sobre el sistema respiratori tindria a veure amb la promoció de mediadors immunològics i inflamatoris. De fet, la conscienciació sobre els efectes del DEHP ha fet que hom hagi tendit a substituir-lo pel DINP.

Pel que fa als compostos fenòlics, Agier et al. troben associacions amb l’exposició post-natal a etil-paraben.

Quant als metalls, l’associació més destacada que troben Agier et al. és la del coure. La principal aportació de coure en la població general és a través de l’aigua de beguda i de l’alimentació. Hom pensa que el coure afecta el desenvolupament funcional respiratori a través dels seus efectes pro-oxidants.

És remarcable que Agier et al. trobin també una associació entre la densitat de la llar i un valor inferior de FEV1. En la cohort estudiada, el nombre d’habitants en la llar era de quatre persones. Hom podria pensar que les llars amb més habitants suposen un major risc de contraure infeccions.

També és interessant l’associació que troben entre la densitat d’instal·lacions prop de l’escola i un valor inferior de FEV1. Hom podria pensar que aquesta major densitat implica una major exposició de la població escolar a la contaminació atmosfèrica, al soroll i a la reducció d’espais verds.

Agier et al. consideren que caldrà en el futur estudis exposòmics més ambiciosos. Caldria incloure altres exposicions que ells no han contemplat ara (exposició a compostos orgànics volàtils, exposició a grans de pol·len, etc.). També seria necessari contemplar la variació estacional de les exposicions. Els estudis exposòmics poden orientar sense biaixos la recerca més específica sobre cadascuna de les exposicions amb la finalitat de produir dades prou robustes com per orientar objectivament les regulacions ambientals.

Lligams:

Early-life exposome and lung function in children in Europe: an analysis of data from the longitudinal, population-based HELIX cohort. Lydiane Agier, Xavier Basagaña, Lea Maitre, Berit Granum, Philippa K Bird, Maribel Casas, Bente Oftedal, John Wright, Sandra Andrusaityte, Montserrat de Castro, Enrique Cequier, Leda Chatzi, David Donaire-Gonzalez, Regina Grazuleviciene, Line S Haug, Amrit K Sakhi, Vasiliki Leventakou, Rosemary McEachan, Mark Nieuwenhuijsen, Inga Petraviciene, Oliver Robinson, Theano Roumeliotaki, Jordi Sunyer, Ibon Tamayo-Uria, Cathrine Thomsen, Jose Urquiza, Antonia Valentin, Rémy Slama, Martine Vrijheid, Valérie Siroux. Lancet Planet. Health S2542-5196 30010-5 (2019)

Publicat dins de 3. La Vida | Deixa un comentari

L’asteroide 2006 QV89 i l’aproximació que farà a la Terra el 9 de setembre del 2019

Astronomia: Aquests dies s’ha celebrat a Darmstadt la Conferència de Detecció d’Asteroides i Deixalles Espacials. Com és habitual, els periodistes que la cobreixen han d’aferrar-se a un titular destacat, i així és com podem llegir un article de Josep Corbella a La Vanguardia que se centra en els riscos d’impacte de l’asteroide 2006 QV89 per a aquest 9 de setembre.

Si prenem les llistes d’asteroides que, d’acord amb el que sabem de la seva òrbita, presenten una certa probabilitat d’impacte amb la Terra durant el 2019, tenim una probabilitat d’impacte agregada de 1 en 16.500. En el 2018, aquesta xifra era de 1 en 98.700. Qui ha fet augmentar la xifra de risc és precisament l’asteroide 2006 QV89 que tindria una probabilitat d’impacte d’1 en 20.000. Càlculs més refinats avaluen la probabilitat d’impacte en 1 en 11.428.

D’acord amb una probabilitat d’impacte de 1 en 20.000 i assumint que 2006 QV89 tingui un diàmetre entre 18 i 59 metres, això condueix a -3,32 punts en l’escala de Palermo. És valor força baix, ja que per sota -2 en l’escala de Palermo es considera que no paga la pena de preocupar-se’n.

L’asteroide 2006 QV89 fou descobert el 29 d’agost del 2006 (McGaha et al.), i se’n feren 65 observacions, la darrera de les quals es produí el 8 de setembre.

D’acord amb l’òrbita calculada, 2006 QV89 farà una aproximació a la Terra el 9 de setembre del 2019 de 0,061 UA. El problema és que el marge d’error és prou gran com per assumir, com hem dit, amb un risc de 1 de 20.000 que aquesta distància al final sigui de 0,000 UA, amb l’impacte consegüent.

Ara mateix és impossible la detecció d’aquest asteroide. A Darmstadt pensen que seria a partir de juliol quan es podria fer la primera observació amb un telescopi de vuit metres. A partir de llavors ja es podria precisar l’òrbita.

Ara com ara, 2006 QV89 ocupa el n. 7 en termes d’escala de Palermo dels 816 asteroides amb probabilitat no-nul·la d’impacte per al període 2019-2119. A mesura que es facin més observacions, s’esborraran molts asteroides d’aquesta llista. Ara bé, les observacions també fan engrandir la llista d’asteroides que es creuen amb l’òrbita de la Terra, que actualment té 19.560 entrades.

Per exemple, en el que va d’any hi ha hagut 7 asteroides que s’han acostat a la Terra amb una distància inferior a la de l’òrbita lunar (0,00257 UA). D’aquests set asteroides, només un havia estat detectat 24 hores abans de l’aproximació, i 4 ho havien estat només després de la màxima aproximació.

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

L’inici de la modernitat i el sistema terra: la gran mortaldat ameríndia i la petita edat glacial

Ciència del Sistema Terra: El número de març del 2019 de “Quaternary Science Reviews” porta un article que ja ha generat durant la darrera setmana nombrosos comentaris, una part dels quals recorden el Cinquè Centenari de l’expedició d’Hernan Cortés a la “Tierra Firme”. L’article en qüestió el signen Alexander Koch, Chris Brierley, Mark M. Maslin i Simon L. Lewis, membres del Departament de Geografia del University College London (Lewis també és membre de la School of Geography de la University of Leeds). Es tracta d’una revisió sobre “els impactes en el sistema Terra de l’arribada europea i la gran mortaldat a les Amèriques després del 1492”. Koch n’és l’autor correspondent d’aquest article que, rebut per la revista el 5 de setembre del 2018, i després d’una revisió acceptada el 4 de desembre, fou publicat en-línia el 25 de gener. Koch et al. combinen diversos mètodes per estimar la població precolombina de les Amèriques. Calculen que entre el 1492 i el 1600, l’arribada europea conduí a una mortaldat entre les poblacions ameríndies de 56 milions de persones. Aquesta forta reducció en la població desencadenà una reforestació de 55,8 milions d’hectàrees, amb un consum de carboni de 7,4·1012 kg. La reducció de CO2 atmosfèric degut a aquesta reforestació contribuí a la caiguda de la concentració atmosfèrica d’aquest gas a començament del segle XVII. Ja fa uns quatre anys, vam comentar que Lewis i Maslin són partidaris de definir l’entrada en l’antropocè en l’any 1610. Si els humans ja contribuïen a canvis en el Sistema Terra abans de la revolució industrial, té lògica considerar que l’antropocè comença just amb l’adveniment de la modernitat. És clar que això té diverses lectures. Hom pot pensar que aquests científics anglesos són interessats en marcar la responsabilitat del canvi global en els “conquistadores” espanyols del segle XVI per comptes de fer-ho damunt dels enginyers i industrials britànics dels segles XVIII i XIX. Però això s’ha de posar en context. En el 1980, la concentració atmosfèrica de CO2 era de 340 ppm; en el 2019 ja se situa per damunt de les 400 ppm. En el 1750 aquests valors serien de 277 ppm, i en el 1500 eren de 283 ppm. És a dir, que les oscil·lacions anteriors a 1800 empal·lideixen amb el canvi registrat en els darrers dos segles, i encara més si ens centrem en les últimes dècades. El declivi en el CO2 atmosfèric del qual parlen Koch et al. per al tombant dels segles XVI i XVII fou de 7 a 10 ppm, amb un impacte sobre la temperatura global de l’aire superficial de 0,15 K. Parlem, doncs, d’un canvi relativament menor comparat amb les proporcions actuals. Per a Koch et al., no obstant, el que és rellevant és entendre els diferents factors que conduïren a aquest segrestament de CO2 i al consegüent refredament per la disminució en l’efecte hivernacle. Fins ara hom havia pensat en causes naturals. Koch et al. no neguen aquestes causes, però reflexionen sobre una causa humana vinculada a una despoblació a gran escala de les Amèriques després de l’arribada europea, que s’hauria vehiculat a través d’un canvi en els usos de la terra i en una successió secundària de la vegetació. En aquesta reflexió, Koch et al. revisen quantitativament quatre aspectes: a) la mida de la població precolombina; b) l’ús per càpita de la terra per aquesta població; c) les pèrdues de població posteriors al 1492; d) la captació de CO2 pels paisatges abandonats. A partir de 119 publicacions, calculen que a les Amèriques vivien abans del 1492 60 milions de persones, que utilitzarien 1,04 hectàrees de terra per càpita. Les epidèmies portades pels europeus comportarien, segons la revisió d’aquestes publicacions, l’eliminació del 90% d’aquesta població indígena durant el segle XVI. Les terres abandonades, doncs, haurien estat 55,8 milions d’hectàrees, i d’ací el càlcul abans esmentat de 7,4 Pg C, que serien equivalents a una reducció atmosfèrica de CO2 de 3,5 ppm. Així doncs, la caiguda en el CO2 atmosfèric s’explicaria, segons Koch et al., en un 47-67% en la mortaldat ameríndia.

Les concentracions de CO2 registrades en els nuclis de glaç antàrtics de Law Dome i de WAIS Divide (A) i les ratios isotòpiques del CO2 de WAIS Divide (B) indiquen que en l’adveniment de l’edat moderna (franja groga) hi hagué una disminució del CO2 i un augment de la captació terrestre d’aquest gas

Les epidèmies associades a l’arribada dels europeus

Descomptant petits bescanvis, a efectes pràctics, la humanitat d’Afràsia i de les Amèriques vivien completament separades abans del 1492. La població afrasiàtica potser era deu vegades més elevada que la de les Amèriques. Això implicava que totes dues poblacions humanes coexistien amb diferents tipus de microorganismes. El contacte de les poblacions ameríndiques amb microorganismes patògens del Vell Món suposava exposar-los a uns agents pels quals no havien desenvolupat les mateixes defenses que sí havien desenvolupades les poblacions afrasiàtiques. Si ja al mateix Vell Món, la circulació d’aquests agents patògens constituïa un fre per al creixement demogràfic, en el Nou Món desencadenaren una sèrie d’epidèmies que, al llarg del segle XVI, reduïren enormement la població indígena.

Les poblacions ameríndies, en els segles precedents al 1492, havien modificat substancialment la terra, especialment a Mèxic, a l’Amèrica Central i a la regió andina, amb camps en terrasses i regadius. L’impacte humà es deixava notar fins i tot en biomes com el de la selva amazònica. Així doncs, la reducció en un 90% de la població ameríndia en el curs del segle XVI havia de comportar una reducció en l’ús humà de la terra. Les àrees cultivades, una vegada abandonades, iniciaven una successió secundària, que les revertia als estats anteriors, amb un augment de biomassa en la majoria de casos. Aquest augment de biomassa implicava una captació de CO2 de l’atmosfera per la nova vegetació.

Els registres de nuclis de glaç de l’Antàrtida permeten una reconstrucció acurada de la concentració atmosfèrica de CO2. En les darreres dècades del segle XVI comença una caiguda en aquests nivells atmosfèrics, que arriben a un mínim (277 ppm) a començament del segle XVII, que assoleix una magnitud de 7-10 ppm. Aquests mateixos registres, a través de la distribució isotòpica del CO2 (entre carboni-12 i carboni-13), assenyalen que la caiguda de CO2 atmosfèrica seria atribuïble a un augment de la captació terrestre de CO2.

Història de la població precolombina de les Amèriques

Hom calcula que les primeres poblacions humanes a les Amèriques arribaren a través de Beríngia fa 20.000-15.000 anys, procedents del nord-est d’Euràsia. Entrats ja en l’holocè, fa 10.000-8.000 anys algunes d’aquestes poblacions ameríndies esdevingueren sedentàries i agrícoles. Algunes d’aquestes societats agrícoles assoliren una gran complexitat, amb un augment demogràfic i el consegüent impacte sobre l’ús del sòl.

Les epidèmies que, a partir del 1492, feren minvar les poblacions ameríndies, precediren moltes vegades l’arribada d’exploradors i conqueridors espanyols. Per tant, ni tan sols les mateixes autoritats colonials pogueren ésser conscients del tot de les dimensions de la gran mortaldat que provocaren aquestes epidèmies.

El primer punt per avaluar l’impacte de les epidèmies és estimar la població indígena anterior a 1492. Per fer-ho hom recorre als documents de l’època, particularment reports militars, dades censals i tributàries, nombre d’edificis, registres parroquials de baptismes i defuncions, etc. Les dades més i fiables són les dels censos colonials, però aquests censos, és clar, no poden informar de la situació demogràfica anterior al contacte europeu. Per a l’època precolombina hom ha confiar més aviat en les dades arqueològiques, però aquestes per fina força són incompletes.

En les estimacions demogràfiques, les Amèriques se solen dividir en set regions:
– el Carib. Fou la primera regió en rebre el contacte amb els europeus (1492). Hom estima que la població del Carib en aquella època era d’entre 300.000 i 500.000 persones.
– Mèxic. El primer contacte amb els europeus es produí en el 1519. Existeixen dades tributàries des dels anys 1540, però el primer cens pròpiament dit no es dugué a terme fins el 1568. La majoria d’estimacions sobre la població de Mèxic ronden els 20 milions, però n’hi ha que van des dels 3 als 52 milions. Les xifres més elevades assumeixen que el Mèxic Central de principis del segle XVI seria una de les àrees de major densitat demogràfica del món.
– Amèrica Central. La majoria d’estimacions se situen entre 4,75 i 6 milions d’habitants d’acord amb el que indiquen les mides reportades dels exèrcits indígenes, les dades tributàries i les capacitats de càrrega dels ecosistemes.
– el Territori Inca. La conquesta de l’Imperi Inca es produí en el 1533, quan aquesta formació política era en el cim del seu desenvolupament. La majoria de les estimacions assenyalen uns 20 milions d’habitants en el moment del contacte, encara que algunes van dels 4,1 milions als 43,8 milions.
– l’Amazònia i boscos contigus. Les estimacions sobre la població amazònica en el 1500 van dels 8 als 20 milions.
– Amèrica del Nord. Les estimacions es basen en dades arqueològiques i en estimacions fetes en els segles XVII i XVIII per observadors d’origen europeu. Les xifres van de 2,8 a 5,7 milions.
– Resta de les Amèriques. Per a Veneçuela hom estima una població de 600.000-1,5 milions en el 1500. Per a Uruguai-Paraguai, el rang va de 285.000 a 1,1 milions. Per a Argentina, se situa entre 300.000 i 500.000 habitants en el 1500.

Koch et al. han compilat un total de 82 estudis (18 del Carib, 17 de Mèxic, 23 de l’Amèrica Central, 26 del Territori Inca, 20 d’Amazònia, 9 d’Amèrica del Nord, 6 d’altres regions, 10 de tot l’Hemisferi Occidental) que ofereixen 129 estimacions.

Emprant aquestes estimacions, Koch et al. calculen:
– la població de les Amèriques l’any 1500 era de 60,5 milions de persones (rang interquartílic de 44,8-78,2).
– l’ús de terra per càpita en el 1500 era de 1,04 hectàrees (rang de 0,98-1,11).
– el total d’àrea de terra utilitzada en el 1500 era de 61,9 milions d’hectàrees (rang de 43,3-87,1).
– el percentatge de despoblació entre el 1500 i el 1600 fou del 90%.
– la població indígena de les Amèriques en el 1600 era de 6,1 milions (rang de 4,5-7,8).
– l’ús de la terra per aquesta població en el 1600 era de 6,1 milions d’hectàrees (rang de 4,8-7,4).
– entre el 1500 i el 1600 la caiguda de l’ús de la terra era de 55,8 milions d’hectàrees (rang de 38,5 a 79,7).
– aquest abandonament hauria comportat una fixació global de carboni de 7,4 Pg (rang entre 4,9 i 10,8).

Mapa que resum les dades arqueològiques sobre canvis de població, les dades palinològiques sobre vegetació, els usos de la terra i les epidèmies registrades, a les Amèriques devers l’any 1600

Si en el 1500, les Amèriques tenien una població de 60 milions de persones, cal recordar que en la mateixa època la població d’Europa devia rondar entre els 70 i 88 milions, mentre que la de Xina era d’uns 100 milions. La població mundial de l’època devia situar-se vora els 500 milions.

L’ús de la terra per les poblacions ameríndies en el 1492

Koch et al. resumeixen així la situació regional:
– Carib: en la majoria d’illes, l’ús permanent o semi-permanent de terres era generalitzat, amb cultius bàsics com el moniato (Ipomoea batatas), la cassava (Manihot esculenta) o el panís (Zea mays). Hi havia terrasses amb sistemes de drenatge a Puerto rico, camps elevats a l’Espanyola, i cremes periòdiques.
– Mèxic: hi havia superfícies considerables destinades al cultiu de panís, de cacau, de fruiters, d’horta, amb sistemes de canals en el litoral del Golf i en la Conca de Mèxic.
– Amèrica Central. El període maia post-clàssic es caracteritza per la transició de l’agricultura basada en cremes periòdiques hi havia una transició a l’agricultura permanent.
– Territori Inca. Des de la segona meitat del I mil·lenni d.C. s’havien obert terrasses per plantar-hi panís, quinoa (Chenopodium quinoa), etc.; hi havia elaborats sistemes d’irrigació i de control d’escorrentia; així com plantacions forestals per a l’estabilització de pendents.
– Amazònia. Les poblacions humanes alteren el bosc amazònic promovent unes espècies en detriment de les altres; també s’hi fan camps elevats i horts. Entre els cultius destacaven l’arròs (Oryza sp.), la cassava, el cacauet (Arachis hypogaea), el xili (Capsicum sp.).
– Amèrica del Nord. En les regions més septentrionals, les poblacions eren bàsicament nòmades dedicats a la caça i la recol·lecció. Més al sud hi havia agricultura semi-permanent i permanent, amb cultiu de panís, carabassa (Cucurbita pepo), faves, girasol (Helianthus annuu).

Koch et al. empren 16 estudis que ofereixen 63 estimacions regionals (9 per al Carib, 11 per a Mèxic, 9 per a Amèrica Central, 9 per al Territori Inca, 14 per a l’Amazònia, 5 per a Amèrica del Nord, i 6 per a la resta de les Amèriques). Fan una estimació de 1,04 hectàrees per càpita, de manera que la superfície total emprada per les poblacions precolombines en el 1492 seria de 61,9 milions d’hectàrees.

La Gran Mortaldat

Testimonis contemporanis i dades censals assenyalen nombrosos casos de col·lapse de les poblacions indígenes de les Amèriques durant el segle XVI. La principal causa d’aquest col·lapse demogràfiques haurien estat les malalties infeccioses epidèmiques importades involuntàriament pels europeus. Però el contacte també comportà guerres, explotació i fams vinculades a la desintegració social.

El “Bescanvi Colombí” de flora i de fauna també comportaria un bescanvi de patògens. En aquesta mena de bescanvis, el territori menor és el que parteix més l’efecte de les “epidèmies en sòl verge”. I, en aquest sentit, les Amèriques eren l’illa, mentre que Afràsia era el continent.

Entre els epidèmies que arribaven per primera vegada a les Amèriques hi havia la verola, el xarampió, la grip i la pesta bubònica. Després seguiren el mateix camí la malària, la diftèria, el tifus i el còlera. Els agents infecciosos d’aquestes malalties sovint circulen entre els éssers humans i els animals domèstics. Potser el fet que la majoria de poblacions ameríndies disposessin d’un nombre baix d’animals domèstics va agreujar l’efecte del sòl verge. En tot cas, les epidèmies de grip, verola, pesta bubònica, etc., podien arribar a taxes de mortalitat del 30% cadascuna, de forma que una sèrie d’aquestes epidèmies podia anihilar poblacions senceres.

Per a avaluar l’impacte de totes aquestes epidèmies, hom recorre a les estimacions sobre població per al segle XVII, assumint que les caigudes demogràfiques del segle XVI s’han d’atribuir al “bescanvi colombí”. Per al segle XVII, la població indígena de les Amèriques s’ha estimat entre 4,5 i 14,4 milions. Segons les dades més elevades, la caiguda de població seria del 40%, i segons les dades menys elevades, la caiguda hauria estat més greu, fins el 95%.

Per regions, Koch et al. resumeixen:
– Carib: en el 1497 es registra un brot epidèmic a l’Espanyola. El cens del 1508 per a l’Espanyola establia una població indígena de 60.000 persones. El cens del 1570 per a tot el Carib estimava una població indígena de 22.000.
– Mèxic. L’epidèmia de verola del 1520 hauria matat el 30-50% de la població indígena de Mèxic. El cens del 1568 estimava la població indígena del Mèxic Central en 2,7 milions de persones. El nadir demogràfic en la població indígena de Mèxic arriba en el 1650, amb 1,5 milions.
– Amèrica Central. La població maia de Guatemala s’hauria reduït en un 62-79% en els primers trenta anys posteriors al contacte (1520-1550). El punt més baix de població indígena s’assoliria en el 1650, amb 540.000 persones.
– Territori Inca. A final dels anys 1520, les epidèmies de verola havien produït la mort del 30-50% de la població de l’Imperi Inca. Un segle després, en el 1620, s’arribava al nadir en termes de població indígena, amb 670.000 persones.
– Amazònia. Les dades arqueològiques mostren l’abandonament de molts jaciments.
– Amèrica del Nord. El primer contacte amb els iroquesos del litoral es produeix en els anys 1530; en dècades posteriors aquesta població gairebé desaparegué. En el 1620, una epidèmia de verola matà el 90% de la població indígena de Nova Anglaterra. Les dades arqueològiques de la zona de Jemez indiquen que entre el 1541 i el 1640 es produí una despoblació del 87%. Les estimacions del 1800 de població indígena per a l’Amèrica del Nord era d’1 milió de persones, i el nadir s’assoliria en els anys 1930 (amb 490.000).

Per a la primera meitat del segle XVII, Koch et al. han analitzat set estimacions regionals de població (1 del Carib, 1 de Mèxic, 1 d’Amèrica Central, 2 del Territori Inca i 2 d’Amèrica del Nord). D’acord amb aquestes estimacions, la població indígena de les Amèriques era de 6 milions en el 1600. La pèrdua, doncs, durant el segle XVI hauria estat del 90%.

L’impacte de les epidèmies en les primeres cinc dècades posteriors al contacte hauria estat principal atribuïble a la grip, a la verola i al xarampió. Però entre el 1568 i el 1605, encara se succeïren brots epidèmics, més ben documentats, que reduïren encara un 30% més la població indígena. Les vuit principals malalties responsables serien la verola, la grip, el xarampió, el tifus, la pneumònia, la febre escarlatina, la malària i la febre groga. Fins i tot en èpoques posteriors, i fins a mitjan segle XIX, es reporten altes taxes de mortalitat per malalties no-endèmiques entre les comunitats indígenes.

La Gran Mortaldat no hauria tingut, doncs, precedents en la història, en deure’s a onades epidèmiques de diferents malalties. La Pesta Negra de mitjan segle XIV, que afecta àmplies zones d’Afràsia, tingué un fort impacte, però es tractava al capdavall d’un sol patògen. Koch et al., en aquest sentit, repassen les dades de mortalitat de diverses epidèmies de “sol verge” de la història:
– l’epidèmia de verola que assolà Atenes l’any 430 a.C., tingué una taxa de mortalitat del 25%.
– l’epidèmia de verola del Japó de l’any 735 d.C. tingué una taxa de mortalitat del 30%.
– l’epidèmia de pesta bubònica d’Europa dels anys 1347-1351, tingué una taxa de mortalitat del 30-50%.
– l’epidèmia de verola de Mèxic del 1520 tingué una taxa de mortalitat del 30-50%.
– l’epidèmia de cocolitzli de Mèxic del 1545-1548 tingué una taxa de mortalitat del 80%.
– l’epidèmia combinada de verola i xarampió del Perú del 1585-1591 tingué una taxa de mortalitat del 30-60%.
– l’epidèmia de verola d’Islàndia del 1707-1709 tingué una taxa de mortalitat del 20-25%.
– l’epidèmia de malària que afectà el nord-oest dels Estats Units entre el 1830 i el 1840 tingué una taxa de mortalitat del 87%.

Moltes de les infeccions assenyalades com a responsables de la mortalitat associada al contacte confereixen immunitat als supervivents. Aquesta immunització, però, no fou suficient per aturar la Gran Mortaldat. Hom ha pensat que això es podria deure a la menor diversitat genètica de les poblacions ameríndies (amb un efecte fundador que remuntaria a 15.000 anys), cosa que les faria menys resistents a patògens potents. Una altra possibilitat és que aquestes epidèmies arribaven de manera combinada a altres efectes de la conquesta: guerres, explotacions, deportacions, etc. D’altra banda, les mortaldats epidèmiques produïen una manca de mans que es traslladava a la fallida de collites. Fams i epidèmies es combinaven, i alhora es manifestaven en una reducció de la taxa de natalitat entre una població supervivent ja molt tocada.

L’abandonament de terres

La caiguda demogràfica comportaria una reducció en l’activitat agrícola. Les àrees abandonades entrarien en processos de successió secundària. La successió secundària depèn de la situació del terreny abandonat en termes de sòl, clima, etc. En termes generals, hi ha un augment de la biomassa vegetal a mesura que avança la successió secundària.

La presència de carbó en sediments és un indici de l’ús del foc per a l’esclariment de terres. Les dades paleoecològiques, en aquest sentit, indiquen en el segle XVI hi hagué una reducció general a les Amèriques en l’activitat del foc. Encara que alguns autors ho atribueixen al col·lapse demogràfic de les poblacions indígenes, altres ho atribueixen a un canvi general en el clima cap a condicions més humides.

Les dades palinològiques permeten reconstruir la composició de les comunitats vegetals. Dades de la Laguna de Atezca indiquen un abandonament agrícola vers el 1519. Dades de la conca de Pátzcuaro indiquen un període de deforestació que s’estronca el 1541, coincidint amb l’arribada dels espanyols. Al sud del Vall del Cauca hi ha indicis de reforestació pels volts del 1500. En la ciutat de Loja hi ha un abandonament agrícola entre el 1600 i el 1660. A Cuzco, hi ha una reducció del pol·len d’Alnus després del 1500, substituït per arbres de la successió secundària.

Koch et al. estimen, multiplicant les dades de caiguda demogràfica per l’ús d’hectàrees per càpita, que hi hagué l’abandonament de 55,8 milions d’hectàrees de terra. Aquesta xifra suposa l’1% de tota la superfície de les Amèriques.

Successió secundària i segrestament de carboni

La successió secundària implica un augment de la biomassa vegetal i, en conseqüència, una captació de CO2 atmosfèric. Un camp de panís, per exemple, té una biomassa de 11 Mg C per hectàrea, mentre que el bosc tropical arriba a 161 Mg C/ha. El procés de recuperació vehiculat per la successió secundària pot trigar 55-95 anys. En les primeres dues dècades, la taxa d’acumulació de biomassa és considerable, però després es fa més lenta. Aquestes taxes d’acumulació són superiors en àrees de bosc humit que no pas en boscos més eixuts.

A més de l’acumulació de biomassa aèria, els sòls abandonats també guanyen en reserves de carboni.

Koch et al. han compilat 112 estudis sobre acumulació de biomassa aèria i 38 estudis sobre acumulació de matèria orgànica del sòl en terres abandonades. Agregant aquestes dades calculen una entrada mediana de carboni de 7,4 Pg C entre el 1517 i el 1617.

L’impacte sobre el cicle del carboni

L’augment en 7,4 Pg C de la biomassa vegetal en les terres abandonades de les Amèriques es correspondria a una disminució en la concentració atmosfèrica de CO2 de 3,5 ppm. Cal recordar que els registres antàrtics avaluen en 7-10 ppm la baixada de la concentració atmosfèrica de CO2 iniciada en el segle XVI i culminada a principi del segle XVII. Així doncs, la reforestació deguda a la Gran Mortaldat de les Amèriques podria explicar el 35-50% d’aquesta caiguda dels nivells atmosfèrics de CO2.

Koch et al. recomanen l’ús de simulacions del sistema Terra que tenen en compte diversos factors: 1) la davallada de CO2 atmosfèric; 2) canvis en la irradiació solar total; 3) l’impacte d’erupció volcàniques; 4) canvis en l’ús de la terra a les Amèriques i a la resta del món.

El registre antàrtic de Law Dome assenyala que pels volts del 1530 hauria començat una caiguda moderada de la concentració atmosfèrica de CO2 (llavors situada en 283 ppm). Aquesta davallada s’hauria intensificat a partir del 1570, i hauria arribat a un mínim de 272 ppm en el 1610. Després del 1610 hauria començat una remuntada fins el 1650. Entre el 1650 i el 1750 no hi hauria hagut gaires canvis, i després d’aquesta data començaria la pujada associada a la Revolució Industrial.

El registre antàrtic de WAIS Divide mostra tendències semblants. El 1570 hauria començat una ràpida davallada del CO2 atmosfèric, que s’hauria frenat a partir del 1600, i el mínim s’hauria produït en el 1650, per no ésser superat fins després del 1750.

Aquests registres també ens ofereixen dades sobre la distribució isotòpica del CO2, és a dir de la ratio entre 12C i 13C. La fotosíntesi fa un ús preferencial del 12C, de manera que una intensificació de la fotosíntesi condueix a un enriquiment diferencial del 13C en l’atmosfera. Hom registra a partir del 1520 un d’aquests enriquiments que dura fins el 1610.

El període que va del 1577 al 1694 és l’únic període significatiu de refredament global en els darrers 2000 anys. De fet, aquesta etapa, que coincideix amb el segle XVII, és l’única part de l’anomena Petita Era Glacial que té un abast global. El refredament d’aquest període fou de 0,15 K. D’aquests 0,15 K, la reforestació de les Amèriques podria haver contribuït en 0,03-0,08 K.

Hom ha atribuït la Petita Era Glacial a canvis en la irradiació solar total. La irradiació solar total visqué un període de mínim en el segle XV (el mínim de Spörer, entre el 1416 i el 1537) i un altre en la segona meitat del segle XVII (el mínim de Maunder, entre el 1645 i el 1715). Ara bé, la part central de la Petita Era Glacial comença entre mig dels dos mínims. Entre el 1580 i el 1610, la irradiació solar total era 0,11-0,31 W/m2 superior als valors mitjans del període 1000-1800.

Un altre factor associat a la Petita Edat Glacial és la contribució d’aerosols atmosfèrics d’origen volcànic. Val a dir que de la llista de les 40 erupcions volcàniques més grans dels darrers 2500 anys, únicament una es correspon al període 1520-1610, la del Huaynaputina (Perú) del 1601. Del període 1520-1610 també cal referir cinc erupcions tropicals documentades i cinc erupcions extratropicals, uns valors que no són més elevats que la mitjana.

L’impacte de la Gran Mortaldat en el Sistema Terra

Koch et al., doncs, estimen en 55 milions la reducció de la població indígena entre el 1500 i el 1600. Això comportà l’abandonament de 56 milions d’hectàrees de terra que, per raó de la successió secundària, haurien retirat a l’atmosfera 7,4 Pg de C. Aquest procés hauria contribuït entre un 47% i un 67% a la reducció de CO2 atmosfèric produïda entre el 1520 i el 1610.

Koch et al. conclouen que “aquests canvis mostren que les accions humanes tenien impactes globals en el sistema Terra en els segles anteriors a la Revolució Industrial”. Concretament, el canvi que esmenten Koch et al. és un canvi deshumanitzador, és a dir que és promogut per una reducció de l’impacte humà sobre els ecosistemes terrestres. És significatiu que aquest despoblament humà es tradueixi en un “refredament climàtic”.

Per a Koch et al. el més rellevant és que un aspecte del Bescanvi Colombí, la globalització de les malalties, tingués un impacte global en el Sistema Terra, manifestat en una caiguda del CO2 atmosfèric fent-lo arribar a un mínim en el 1610. De fet, aquest mínim del 1610, és el mínim més recent en la història. En la visió de Koch et al., el 1610 és l’any de l’entrada en l’Antropocè, i amb l’antropocè, el CO2 atmosfèric tendirà a pujar.

Algú altre ho discutirà de manera diferent. Que la Gran Mortaldat de Pobles Indígenes de les Amèriques conduís, a través d’un abandonament de terres, a un impacte sobre el CO2 atmosfèric i de les temperatures, és un indici de què l’antropocè es preparava des de segles enrere, molt abans del 1610 i molt abans del 1492. Però abans del 1492, aquests canvis eren poc perceptibles. Va caldre el desmantellament de l’obra acumulada a les Amèriques durant segles perquè el CO2 visqués el seu darrer mínim en la història moderna.

Lligams:

Earth system impacts of the European arrival and Great Dying in the Americas after 1492. Alexander Koch, Chris Brierley, Mark M. Maslin, Simon L. Lewis. Quaternary Science Reviews 207: 13-36 (2019).

Publicat dins de 6. La Civilització | Deixa un comentari

Una antena rectificadora flexible de disulfur de molibdè com a carregador elèctric sense fils

Electrònica: L’electrònica flexible es fonamenta en l’aprofitament de les propietats mecàniques i electròniques de materials bidimensionals. Quan diem que som bidimensionals, volem dir que es tracta de làmines amb un gruix monoatòmic. Aquests materials són la base de l’anomenada “pell intel·ligent”, que podria recobrir tota mena d’objectes quotidians fent-los part d’una xarxa sensorial i efectora. La ciència dels materials treballa activament en el desenvolupament de tècniques de síntesi a gran escala de transistors bidimensionals, de sensors bidimensionals, de dispositius bidimensionals de memòria, etc. Però si molts d’aquests components ja han estat demostrats, si més no en el laboratori, hi ha oberta encara la qüestió de l’alimentació elèctrica d’aquesta pell intel·ligent. És necessari que aquest sistema d’alimentació sigui eficient, flexible i sempre connectat, si hom vol dotar d’autonomia aquests sistemes. La futura electrònica distribuïda hauria d’utilitzar una font energètica prou ubiqua i difusa, i així s’ha pensat en la radiació electromagnètica de sistemes Wi-Fi. La transmissió d’energia sense fils no és pas una idea nova, i són especialment recordats els intents de Nikola Tesla realitzats a partir del 1890. Pel que fa als sistemes Wi-Fi, aquests operen a freqüències de 2,4 i de 5,9 GHz, uns valors massa elevats per als acumuladors de radiofreqüència basats en les antenes rectificadores (rectennes) fabricades amb semiconductors flexibles. Un grup d’investigadors coordinat per Tomás Palacios, professor d’enginyeria elèctrica i ciència computacional del MIT, ha desenvolupat una rectenna bidimensional i flexible capaç de recollir energia electromagnètica de la banda Wi-Fi. La demostració d’aquesta rectenna apareix ara en forma d’article a la revista Nature.

Esquema de la fabricació de la rectenna de MoS2 i del seu funcionament a diferents freqüències

Una rectenna flexible per a la captació d’energia de les xarxes Wi-Fi

La concepció d’aquest projecte i el disseny dels experiments foren realitzats per Zhang Xu i Tomás Palacions, del Department of Electrical Engineering and Computer Science, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), amb seu a Cambridge, MA. Zhang fabricà els dispositius flexibles al MIT Microsystems Technology Laboratories. Les mesures d’alta freqüència les dugueren a terme Jesús Grajal (del Centre de Processament d’Informació i Telecomunicacions, de la Universidad Politécnica de Madrd), Zhang i Ujwal Radhakrishna (del Departament d’Enginyeria Elèctrica del MIT). El modelat de circuits i l’anàlisi de dades la feren Grajal i Zhang. El canvi de fase química de les mostres de disulfur de molibdè (MoS2) el realitzaren Wang Xiaoxue (del Department of Chemical Engineering del MIT) i Zhang. L’estudi espectroscòpic el feren Zhang, Wang i Zhou Lin (del Departament d’Enginyeria Elèctrica del MIT) al Cornell Center for Materials Research Shared Facilities. El perfil de capacitància-voltatge l’obtingueren Winston Chern (del Department d’Enginyeria Elèctrica del MIT) i Zhang. Jose Luis Vazquez-Roy (del Departament de Teoria de Senyals i de Comunicacions de la Universidad Carlos III de Madrd) i Grajal dissenyaren i fabricaren l’antena flexible. Del Departament d’Enginyeria Elèctrica del MIT també contribuïren en la interpretació de les dades i en la redacció de l’article Lin Yuxuan, Shen Pin-Chun, Ji Xiang, Ahmad Zubair, Zhang Yuhao, Kong Jing i Mildred Dresselhaus (que també és membre del Departament de Física del MIT). També hi contribuïren Ling Xi (del Department of Chemistry de la Boston University), Wang Han (del Ming Hsieh Department of Electrical Engineering de la University of Southern California, de Los Angeles) i Madan Dubey (de l’Army Research Laboratory, a Adelphi, Maryland). Els autors també agraeixen les aportacions de K. Gleason i A. Nourbakhsh, així com als revisors de l’article. El procés de revisió no fou gens fàcil, ja que si Nature va rebre l’article el 4 de juliol del 2017, no l’acceptà fins el 30 de novembre del 2018.

La recerca fou finançada a través del projecte W911NF-14-2-0102 (del Laboratori de Recerca de l’Exèrcit), del projecte DMR-1231319 (de l’STC Center for Integrated Quantum Materials, de l’NSF), del projecte FA9550-15-1-0514 (de l’Air Force Office of Scientific Research) i del DMR-1507806 (del NSF Center for Energy Efficient Electronics Science). La fabricació del dispositiu es va fer als MIT Microsystems Technology Laboratories.

La rectenna flexible i de gruix atòmic de Zhang et al. es basa en una heterojunció de fase semiconductora-metàl·lica de MoS2, amb una freqüència de tall de 10 GHz.

Les prestacions de la rectenna flexible bidimensional de MoS2

Aquesta dispositiu ofereix una velocitat de vegades superior als rectificadors flexibles desenvolupats en els darrers anys. Aquest dispositiu flexible és operatiu fins a la banda X de l’espectre electromagnètic (8-12 GHz). Cobreix, doncs, la majoria de la banda de radioones que actualment és ocupada per emissions industrials, científiques i mèdiques i, particularment, pels canals Wi-Fi.

El rectificador ultraràpid de MoS2 s’integra amb una antena flexible de banda Wi-Fi per formar una rectenna flexible i integrada. Aquesta rectenna és capaç d’acumular energia a partir de la radiació electromagnètica de la banda Wi-Fi sense biaix externa. Pot aprofitar, de fet, una banda encara més àmplia, que va més enllà dels 10 GHz.

Zhang et al. consideren que aquesta rectenna podria constituir un component universal d’acumulació d’energia per als sistemes electrònics flexibles.

Lligams:

Two-dimensional MoS2-enabled flexible rectenna for Wi-Fi-band wireless energy harvesting. Xu Zhang, Jesús Grajal, Jose Luis Vazquez-Roy, Ujwal Radhakrishna, Xiaoxue Wang, Winston Chern, Lin Zhou, Yuxuan Lin, Pin-Chun Shen, Xiang Ji, Xi Ling, Ahmad Zubair, Yuhao Zhang, Han Wang, Madan Dubey, Jing Kong, Mildred Dresselhaus, Tomás Palacios. Nature (2019).

Publicat dins de 6. La Civilització | Deixa un comentari