L’evolució de la menopausa entre els odontocets

Entre els mamífers es pot dir com a norma general que la capacitat reproductiva es reté fins a la mort. O, dit d’una altra manera, el sistema reproductiu envelleix al mateix ritme que el teixit somàtic. N’hi ha, però, algunes excepcions. Concretament, els llibres de zoologia parlen del fet que les femelles de tres espècies (Homo sapiens, Orcinus orca i Globicephala macrorrhynchus) presenten una taxa de senescència reproductiva molt més elevada que l’envelliment somàtic. O, dit d’una altra manera, que en aquestes tres espècies, humans, orques i caps d’olla negres d’aleta curta, una proporció important de les femelles viuen més enllà de la seva vida reproductiva. Cal parlar, doncs, en aquestes espècies d’una fase vital post-reproductiva (post-menopausa). És significatiu que les tres espècies esmentades siguin espècies socials, i és interessant que dues d’elles, orques i belugues, pertanyin al mateix grup cetaci dels odontocets. Samuel Ellis & Darren P. Croft, del Centre for Research in Animal Behaviour de la University of Exeter han ideat un mètode per mesurar la taxa relativa de senescència reproductiva a partir de les dades fisiològiques de diferents espècies d’odontocets. Això els permet arribar allà on no ho fan les quantificacions directes d’aquesta taxa en poblacions salvatges. És clar que les dades fisiològiques que Ellis i Croft necessiten tampoc no són disponibles per a totes les espècies d’odontocets. De fet, no les han pogudes trobar en el cas de les orques. Així que s’han hagut de conformar amb dades sobre setze espècies d’odontocets. L’anàlisi indirecta de l’activitat ovàrica els permet detectar, entre aquestes 16 espècies, les que mostren femelles amb una vida post-reproductiva significativa. A més dels caps d’olla negres d’aleta curta, ho han trobat en les belugues (Delphinapterus leucas) i en els narvals (Monodon monoceros). Així doncs, són hi ha cinc les espècies conegudes de mamífers amb fases vitals post-menopàusiques. En el seu article a Scientific Reports consideren que aquest tret hauria aparegut, si més no, en tres ocasions en la història evolutiva dels odontocets.

Corbes de supervivència de les femelles adultes de deu espècies d’odontocets. En verd s’assenyala la fase reproductiva i en taronja la fase post-reproductiva. En les espècies analitzades n’hi ha tres, belugues, narvals i caps d’olla negres d’aleta curta que tenen fases post-reproductives perllongades. A aquestes tres espècies hi hem de sumar les orques i, fora dels odontocets, l’espècie humana.

Un mètode indirecte per avaluar la longevitat post-reproductiva de les femelles de diverses espècies d’odontocets

Aquest projecte de recerca fou concebut per Samuel Ellis i Darren P. Croft en el marc d’una discussió amb Michael A. Cant i Daniel W. Franks. Si Ellis i Croft són membres del Centre for Research in Animal Behaviour, de la University of Exeter, Cant ho és del Centre for Ecology and Conservation de la mateixa universitat. Franks és membre del Department of Biology de la University of York.

Es tractava doncs de fer una anàlisi a partir de dades fisiològiques contingudes en la bibliografia científica. Aquesta tasca la feren Franks, Ellis i Croft, comprant amb l’ajut de Deborah Giles i de Kenneth C. Balcomb. Giles i Balcomb són membres del Center for Whale Research.

L’extracció i anàlisi de dades la realitzà Ellis, en discussió amb Croft, Franks i Cant, a més de Stuart Nattrass (col·lega de Franks) i Thomas E. Currie (col·lega de Cant). Currie fou el que realitzà l’anàlisi filogenètica. Els gràfics foren realitzats per Ellis i Currie. Amb això, Ellis elaborà un esborrany d’article, amb aportacions de Croft. Després hi participaren els altres autors.

Ellis et al. tenen mots de reconeixement per als científics que recolliren les dades primàries utilitzades en aquesta recerca. En la recollida de dades comptaren amb l’ajut de Destiny Bradley i Alessandro Macario. Aquesta investigació es finançà a través del projecte que el Natural Environment Research Council concedí a Croft, Franks i Cant (NE/K01286X/1) per estudiar l’evolució de la fase post-reproductiva prolongada en mamífers no-humans.

Aquest projecte de recerca vol respondre una qüestió: quina és la base evolutiva damunt la qual les femelles d’una espècie deixen de reproduir-se abans del límit de la seva esperança de vida. La primera constatació és dir que això no és pas la norma. És cert que en moltes espècies hi ha una reducció de la capacitat reproductiva amb l’edat, però que aquesta reducció és més o menys proporcional amb l’envelliment somàtic. De totes les espècies conegudes, la literatura tan sols parla de tres que tinguin fases vitals femenines post-menopàusiques perllongades: els humans (Homo sapiens), les orques (Orcinus orca), els caps d’olla negres d’aleta curta (Globicephala macrorhynchus). Alguns indicis parlen d’una quarta, l’orca falsa (Pseudorca crasidens). Ellis et al. defineixen la longevitat post-reproductiva com el fet que sigui habitual i prolongada la supervivència femenina després del cessament de la reproducció. O, dit d’una altra manera, que en l’esperança de vida d’una femella hi hagi una porció substancial corresponent a una fase post-reproductiva.

Crida l’atenció que de les tres espècies esmentades, dues siguin odontocets. Ellis et al. recorden les dificultats logístiques d’estudiar un tàxon oceànic. És cert que hi ha una nombrosa literatura sobre les estructures socials, la demografia i la reproducció de cetacis. Alhora la diversitat que hi ha entre els odontocets en el nivell de socialitat i en les estratègies reproductives pot ser aprofitada per conèixer la relació entre l’un i les altres.

Ellis et al. distingeixen entre una fase vital post-reproductiva i el declivi general de fecunditat amb l’edat. L’ideal, per escatir si una espècie té una fase vital post-reproductiva, seria disposar de dades sobre les taxes de reproducció i de supervivència de les femelles. Però, a la pràctica, això és difícil d’aconseguir per a animals longeus com els cetacis. Ellis et al. volien fer ús de les dades fisiològiques disponibles per odontocets, obtingudes moltes d’elles d’estudis sobre casos de mortalitat massiva i d’altres, tots ells amb la finalitat d’inferir dades sobre el cicle vital d’aquestes espècies que ajudin en la gestió de programes de conservació.

La quantificació de la senescència reproductiva

La base de l’estudi són dades publicades sobre comptatges de “corpora” en ovaris de cetacis de diferents espècies i edats. L’activitat ovàrica té com a punt central l’ovulació. En desprendre’s de l’ovari, l’òvul deixa enrere el fol·licle de Graaf. Aquest fol·licle de Graaf degenera en el “corpus luteum”, que després passa a “corpus albicans”. El mot “corpora” agrega els “corpora lutea” i els “corpora albicantia”, que persisteixen en l’ovari com a testimoni d’ovulacions passades, però també pot incloure els “corpora atretica” (que resulten de fol·licles que degeneran abans d’arribar a la maduresa). Els comptatges de “corpora” serveixen per inferir la taxa d’ovulació (especialment, si es descompten els “corpora atretica”) i altres característiques reproductives (com la taxa de gestació). En aquest sentit, Ellis et al. s’interessen en els comptatges de “corpora” com a indicadors de l’activitat ovàrica.

L’àmbit de recerca eren les 72 espècies reconegudes d’odontocets. Es tractava de cercar literatura que presentés dades de comptatge corpori en òvuls d’odontocets vinculades a l’edat estimada de l’individu. Així doncs, els criteris d’inclusió eren:
– que cada femella estudiada tingués un comptatge de “corpora” i una estimació independent de l’edat.
– que l’estructura d’edat de les femelles hi fos ben representada.
– que les dades es presentessin en un format prou clar.

L’estimació de l’edat en odontocets es fa normalment a través de l’exam de les capes cimentals de la dentina. En narvals s’utilitza de vegades l’índex de racemització de l’àcid aspàrtic en l’ull.

D’acord amb els criteris d’inclusió, tan sols es trobaren dades apropiades per a setze espècies:Lagenorhynchus acutus (dofí de flancs blancs de l’Atlàntic), Berardius bairdii (zífid de quatre dents septentrional), Delphinapterus leucas (beluga), Tursiops truncatus (dofí mular), Pseudorca crassidens (falsa orca), Phocoena phocoena (marsopa comuna), Globicephala melas (cap d’olla negre d’aleta llarga), Peponocephala electra (orca nana), Monodon monoceros (narval), Lissodelphis borealis (dofí septentrional), Stenella attenuata (dofí tacat tropical), Delphinus delphis (dofí comú de musell curt), Globicephala macrorhynchus (cap d’olla negre d’aleta curta), Physeter macrocephalus (catxalot), Stenella longirostris (dofí de musell llarg) i Stenella coeruleoalba (dofí ratllat). És significatiu que en aquesta llista no figura l’orca comuna (Orcinus orca), de la qual s’han documentat fases post-reproductives prolongades en les femelles a partir d’observacions individuals i d’anàlisi no-invasives de nivells hormonals.

Les dades emprades per Ellis et al. es restringien a l’edat posterior a la primera ovulació, que en termes de comptatge ovàric es correspon al primer comptatge superior a 0.

De les 16 espècies analitzades, tan sols en una, Tursiops truncatus, hi ha dades disponibles per a tres poblacions geogràficament diferents. En la resta, l’anàlisi inclou una única població per a cadascuna. Un dels problemes d’emprar comptatges de corpora com a indicadors d’activitat ovàrica, és que potser en algunes espècies els corpora albicantia no persisteixen indefinidament; i en altres casos una única ovulació pot ésser múltiple i deixar diversos corpora.

La senescència reproductiva es manifesta primer en una disminució fisiològica de la fecunditat amb l’edat. En odontocets femella això es manifestaria en una taxa d’ovulació inferior en els individus de més edat. Així doncs, Ellis et al. proven una modelització basada en polinomis de primer o de segon grau d’aquesta taxa en relació amb l’edat. Una relació de primer grau o lineal seria la hipòtesi nul·la, coincident amb l’absència de senescència reproductiva.

De les 16 espècies analitzades, en 13 s’hi detecta una relació entre el comptatge de corpora i l’edat. En els tres casos on no es detecta aquesta relació (Lagenorhynchus acutus, Phocoena phocoena i Delphinus delphis), Ellis et al. pensen que o bé hi ha un nombre insuficient de dades o que en aquestes espècies els comptatges no són una bona mesura de la senescència reproductiva.

Així doncs, Ellis et al. se centraren en les 13 espècies on detectaren un declivi de la fecunditat amb l’edat. Per a aquestes espècies calcular la representació fisiològica de la fase post-reproductiva, és a dir la proporció d’anys femenins adults de la població que viuen les femelles post-reproductives. O, expressat d’una altra manera, la proporció de femelles adultes no-ovulants. Per fer aquest càlcul havien de reconstruir la supervivència de les cohorts de cada estudi. Com que aquesta modelització depèn de si la població es troba en equilibri, en creixement o en decreixement, Ellis et al. contemplen tots tres escenaris.

Per a cada espècie, proven de determinar, si és possible, l’edat M, és a dir l’edat a la qual s’ha completat el 95% de la fecunditat de la població.

La reconstrucció filogenètica

Les dades sobre la fase post-reproductiva fisiològica (Phys-PrR) foren combinades amb les dades filogenètiques per reconstruir els valors que haurien tingut les poblacions ancestrals. En l’anàlisi s’inclogueren 25 espècies, les 13 de les quals Ellis et al. tenien mesures fisiològiques i 12 més de les quals hi ha registres reproductius.

La qüestió ètica

Les dades emprades en aquest estudi provenen de publicacions sobre disseccions de cadàvers d’odontocets. Les dades de cinc espècies provenen de disseccions realitzades de víctimes de mortandats massives. Les dades d’unes altres quatre espècies provenen de disseccions d’individus capturats accidentals en activitats pesqueres. En dues espècies, les dades provenen d’individus capturats en caces de subsistència per poblacions humanes indígenes. En el cas del catxalot es recullen dades de quan aquesta espècie era caçada comercialment (abans de 1988). En sis espècies les dades provenen de caceres anuals, bé del Japó o de les Illes Feroe. En cap cas, Ellis et al. han utilitzat dades de “captures científiques”. De fet, insisteixen que en l’estudi de la senescència reproductiva de cetacis són molt més valuosos els estudis demogràfics detallats a llarg termini, en els quals es recullen dades reproductives i socials. De fet, és gràcies a dades demogràfiques longitudinals basades en individus, com les fetes en orques a la Mar de Salish les que posaren de manifest la vida post-reproductiva de les femelles d’aquesta espècie.

Deu espècies d’odontocets mostren un declivi de l’activitat ovàrica associada a l’edat

De les setze espècies incloses en la meta-anàlisi, n’hi ha deu que mostren un declivi de l’activitat ovàrica associada a l’edat. D’aquestes 10 espècies, n’hi ha 4 en les quals la taxa de senescència reproductiva és superior a la taxa de senescència somàtica: Delphinapterus leucas, Monodon monoceros, Lissodelphis borealis i Globicephala macrorhynchus. En el cas de L. borealis aquesta estimació no és gaire robusta, però sí en les altres tres.

La quantificació de la longevitat post-reproductiva

Abans del desenvolupament mèdic actual, hom calcula que el 40% dels anys viscuts per les dones adultes es corresponien a l’etapa post-menopàusica. L’estudi d’Ellis et al. permet una estimació per a diferents espècies d’odontocets:
– per a les belugues, la mateixa xifra seria del 27%.
– per als narvals, la xifra seria del 24%.
– per als caps d’olla negres d’aleta curta, la xifra seria del 15%.

Ellis et al. comparen aquesta estimació indirecta o fisiològica amb la que s’ha fet directament per a tres espècies d’odontocets (Globicephala macrorhynchus, Globicephala melas i Pseudorca crassidens). La correlació entre els dos valors constitueixen, segons ells, la validació d’aquest mètode indirecte.

La longevitat post-reproductiva en odontocets hauria aparegut un mínim de tres vegades en la història evolutiva del grup

Amb l’estudi filogenètic, Ellis et al. estimen que la fase post-reproductiva de les femelles hauria aparegut en tres ocasions:
– en un punt anterior a l’ancestre comú de belugues i narvals.
– en el llinatge que conduí a G. macrorhynchus).
– en el llinatge que conduí a les orques.

La base evolutiva de la fase post-reproductiva

L’existència d’una fase post-reproductiva en la vida de les femelles de les orques residents ha estat ben estudiada. Les orques residents són un ecotipus, és a dir una variant ecològica de l’espècie. Fonamentalment s’alimenten de la captura de salmons en les mars annexes al Pacífic nord-oriental. El caràcter resident d’aquestes poblacions es manifesta en el fet que ni els mascles ni les femelles no es dispersen des del llur grup natal. Els mascles s’aparten del grup natal únicament per aparellar-se i després hi tornen: aquest aparellament exogàmic evita els riscos de la consanguinitat en els grups natals.

La paleogenètica humana ens indica una tendència patrilocal, és a dir que la dispersió associada a l’aparellament i a la vida adulta era esbiaixada cap al sexe femení. En general, doncs, les dones joves s’incorporaven a un grup diferent del llur grup natal. En aquestes condicions, la selecció afavoriria l’investiment de recursos per part d’aquestes dones joves en la pròpia reproducció i no en l’assistència d’altres membres del grup (més cunyades que no pas germanes). Ara bé, les dones més grans sí tindrien més llaços de parentiu amb el grup, i la selecció afavoriria també l’investiment de recursos en l’assistència a altres membres del grup. En aquestes condicions, l’aparició d’una fase post-reproductiva podria constituir una estratègia òptima, en destinar la joventut a la pròpia reproducció individual i la vellesa a l’assistència en la reproducció grupal.

Ellis et al. pensen que belugues i narvals han de tindre una demografia que augmenti el parentiu de la femella amb el grup amb l’edat. Això es pot correspondre a una filopatria social bisexual amb aparellament no-local (com passa amb les orques residents) o a una patrilocalitat basada en la dispersió femenina (com passaria en els humans ancestrals i, de fet, en moltes cultures humanes modernes).

El cert és que no hi ha gaire informació sobre l’estructura socials dels caps d’olla negres d’aleta curta, de les belugues o, ja no diguem, dels narvals.

Beluga (dalt) i narval (sota) són espècies properes. Tant en una com l’altra, Ellis et al. han trobat indicis que vora el 25% dels anys viscuts per les femelles adultes es corresponen a una fase post-reproductiva. Cal pensar, d’acord amb les estimacions filogenètiques de Currie, que aquest fet remontaria, si més no, a l’ancestre comú d’aquestes dues espècies. Ellis et al. creuen que aquesta espècie ancestral, com les seves descendents, seguirien una filopatria bisexual, és a dir que mascles i femelles tendeixen a viure tota la vida en el seu grup natal. Els aparellaments, però, són intergrupals

En el cas dels caps d’olla negres d’alerta curta, la vida es fa sobretot en grups mixtos. Els mascles abandonarien puntualment el grup a la recerca de parelles en grups diferents, però després tornarien al grup originari.

En el cas de les belugues, pel que se sap, tant els mascles com les femelles mostren una gran fidelitat envers les mateixes àrees d’alimentació on nasqueren, a les quals tornen cada estiu. Els individus d’un mateix grup solen ésser parents estrets.

En el cas dels narvals els grups semblen tindre un caràcter matrilineal, amb migracions cap a l’estiu cap a zones d’alimentació.

En tots tres casos, la femella troba en el grup un grau de parentiu més elevat a mesura que es fa més gran. Aquest augment de parentiu es deu, d’entrada, a la permanència preferent dels fills mascles dins del grup. La pressió selectiva a favor de la reproducció individual, doncs, disminueix amb l’edat, en favor de la reproducció grupal, i suspendre la reproducció individual en una edat avançada pot ajudar a evitar una competència intragrupal excessiva.

És clar que Ellis et al. són conscients que calen estudis longitudinals basats en individus, que es combinin amb estudis de genètica de poblacions, abans de confirmar totes aquestes idees.

Lligams:

Analyses of ovarian activity reveal repeated evolution of post-reproductive lifespans in toothed whales. Samuel Ellis, Daniel W. Franks, Stuart Nattrass, Thomas E. Currie, Michael A. Cant, Deborah Giles, Kenneth C. Balcomb, Darren P. Croft. Scientific Reports 8: 12833 (2018).

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

Una anàlisis sistemàtica del GBD 2016 sobre el consum d’alcohol i el seu impacte

La revista Lancet publicava aquesta setmana un article que feia una anàlisi sistemàtica de les dades del Global Burden of Disease Study del 2016 sobre el consum d’alcohol i el seu impacte en el període de 1990-2016. L’estudi abasta la pràctica totalitat del planeta, en analitzar 694 fonts de dades observacions i 592 estudis prospectius i retrospectius. Amb ells, els autors han fet estimacions de la prevalença del consum de begudes alcohòliques i de l’abstinència. D’aquesta manera, calculen que l’alcohol és darrera del 6,8% de les morts masculines ajustades a edat i del 2,2% de les morts femenines ajustades a edat. Entre la població de 15 a 49 anys, aquesta xifra és de 12,2% entre els homes i del 3,8% entre les dones. Els autors conclouen que el nivell de consum que minimitza els riscos de mortalitat de l’alcohol és zero.

Un estudi finançat per la Bill & Melinda Gates Foundation

El punt de partida d’aquest estudi era en bona mesura el fet que mentre que el consum d’alcohol es considera un factor principal de risc en malalties agudes i cròniques, algunes recerques indiquen que consums moderats d’algunes begudes alcohòliques poden tindre un efecte protector en malalties coronàries isquèmiques, en diabetis, etc. Aquestes consideracions requereixen, però, disposar de dades acurades i comparables. Per fer-ho, el grup de col·laboradors sobre alcohol en el GBD 2016 consolidaren un total de 694 fonts de dades individuals i poblacionals per fer una estimació dels nivells de consum d’alcohol en tot el planeta. Amb aquestes dades, feren una revisió sistemàtica i una meta-anàlisi d’estudis retrospectius i prospectius sobre l’associació entre l’alcohol i elements de morbilitat i mortalitat.

Prevalença ajustada a edat de persones amb consums diaris d’alcohol superiors a 10 grams, entre dones (A) i homes (B).

L’exposició al consum d’alcohol es mesura en els grams d’etanol pur consumits diàriament pels bevedors actuals. Els bevedors són definits com les persones que ingereixen l’equivalent de més de 10 g d’etanol pur diari.

La recerca bibliogràfica es va fer a partir de les bases de dades de PubMed i de GHDx. De les 694 fonts seleccionades, s’extragueren 121.029 punts de dades. Per a les estimacions de risc es feren servir 592 estudis, dels quals extragueren 3992 estimacions. Agregadament, tots aquests estudis representaven una població de 28 milions de persones i de 649.000 casos.

En les estimacions de consum, hom parteix de les dades de vendes de begudes alcohòliques, que es combinen amb les enquestes estatístiques. S’hi fan ajustament en cada zona per tindre present que una part de les vendes de begudes alcohòliques respon al turisme, i que no totes les dades de vendes són reflectides en les estatístiques oficials.

En les estimacions de risc, s’utilitza com a interval de consum el que va de 0 a 12,5 begudes estàndards diàries (1 beguda estàndard = 10 grams d’etanol).

El consum global d’alcohol

En el 2016, el 32,5% de la població mundial eren bevedors actius. La xifra era del 25% entre les dones i del 39% entre els homes. El consum mitjà d’alcohol consumit era de 0,73 begudes estàndards entre les dones i d’1,7 entre els homes.

Els països amb un índex socio-demogràfic (SDI) més elevat, són els que presenten una prevalença de consum d’alcohol més elevada, alhora que s’hi redueixen també les diferències entre sexes (p.ex. a Suècia la prevalença és similar entre els dos sexes, d’un 86%). Els països amb més SDI també tenen un consum diari més elevat.

S’estima que en el 2016, hi hagué 2,8 milions de morts atribuïbles al consum d’alcohol. En termes d’anys perduts de longevitat sana (DALY), l’alcohol és responsable d’1,6% dels anys perduts entre les dones i del 6,0% entre els homes. En general, doncs, les dones reben un menor impacte que els homes, i fins i tot en països amb SDI elevat les dones de més de 60 anys experimenten un efecte protector del consum moderat d’alcohol en malaltia coronària isquèmica i diabetis.

La mortalitat associada a alcohol opera, en el grup de 15-49 anys, a través de la tuberculosi, dels accidents de trànsit i de les autolesions. En el grup de majors de 50 anys, la mortalitat associada a alcohol opera a través de càncers.

Riscos de salut associat al consum d’alcohol

Únicament en el cas de la malaltia coronària isquèmica hom troba en la relació consum d’alcohol/risc una corba en forma de J, és a dir, que hi ha un consum moderat d’alcohol que minimitza aquest risc: 0,86 begudes estàndards diàries. Però això no es troba ni en la diabetis ni l’atac de feridura. I menys encara en altres condicions de salut. Si hom considera el risc global, la minimització tan sols s’assoleix amb un consum zero. Això s’explica perquè els beneficis associats a un consum moderat d’alcohol a nivell vascular són compensats pels riscos associats amb càncer.

La càrrega de la salut provocada pel consum d’alcohol

El consum d’alcohol és el principal factor de risc de mort prematura i discapacitat entre persones de 15-49%. Aquesta càrrega és tres vegades superior en homes que en dones, i els riscos només es poden minimitzar amb un consum zero.

Pels autors de l’article, “els nostres resultats assenyalen la necessitat de revisar les polítiques de control i els programes de salut de l’alcohol, i a considerar les recomanacions favorables a l’abstinència“. Entre les mesures a disposició dels governs hi ha els impostos especials, el control de la disponibilitat física de l’alcohol i de les hores de venda, i el control de la publicitat.

Els autors de l’estudi consideren, no obstant, que cal també aprofundir en el coneixement de l’impacte dels patrons de consum, i també en una valoració quantitativa de l’impacte de l’alcohol en la violència interpersonal.

Lligams:

Alcohol use and burden for 195 countries and territories, 1990–2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. GBD 2016 Alcohol Collaborators. The Lancet (2018)

Envia un comentari

La reactivació de les cèl·lules B de memòria es realitza en focus proliferatius subcapsulars dels ganglis limfàtics

El sistema immunitari dels vertebrats es caracteritza per la seva memòria, és a dir la capacitat en alguns casos de reprendre una resposta immune específica contra un patògen amb el qual es tingué un contacte previ. Aquesta memòria immune és el fonament dels vaccins, que tenen com a objecte desencadenar-la sense haver de passar per la infecció corresponent. La memòria immune, entre d’altres coses, comportarà la generació de limfòcits B de memòria, és a dir limfòcits B capaços de fabricar anticossos contra els antígens inclosos en el vaccí. Tant en la memòria immune induïda amb vaccins com en la memòria immune natural, aquestes cèl·lules B de memòria esdevenen crucials: quan l’organisme es trobi amb els antígens corresponents, les cèl·lules B de memòria es reactivaran i sintetitzaran anticossos neutralitzants específics. Malgrat tots els avenços que hi ha hagut en el darrer segle per conèixer la natura proteica dels anticossos i dels mecanismes genètics que n’expliquen l’especificitat, encara hi ha elements poc o gens clars. Un d’aquests és la localització del procés de reactivació de les cèl·lules B de memòria i d’alguns dels mecanismes implicats. Imogen Moran i Tri Giang Phan del Garvan Institute of Medical Research, de Sydney, han impulsat una recerca que, fent ús de la microscopia intravital, mostra que les cèl·lules B de memòria es localitzen en l’espai subcapsular dels ganglis limfàtics. Quan aquestes cèl·lules B de memòria són activades per la presència de l’antigen corresponent, proliferen ràpidament i es diferencien en cèl·lules plasmàtiques secretores d’anticossos. En aquest procés no abandonen l’espai subcapsular, sinó que dins d’ell hi formes focus proliferatius. És també en aquest espai on es produeixen les interaccions que afinaran la resposta immunitària, a través de la interacció amb limfòcits TH fol·liculars i de macròfags presentadors d’antígens. En un article a la revista Nature Communications, Moran et al. expliquen la natura d’aquests focus proliferatius subcapsulars (SPF, en l’acrònim anglès), dels quals destaquen la signatura molecular monocel·lular (o clonal), els patrons de migració cel·lular i la sortida de cèl·lules plasmàtiques. De moment, han descrit la presència de SPF en els ganglis limfàtics tant humans com murins. Moran et al. defineixen els SPF com “seus de memòria immunològica” i reconeixen que poden ésser una diana interessant “per mobilitzar ràpidament respostes secundàries d’anticossos” i “per millorar l’eficàcia de vaccins”.

Microfotografia d’un gangli limfàtic en el qual s’assenyala la càpsula (1), el sinus subcapsular (2), uns centres germinals (3), uns nòduls limfoides (4) i les trabècules (5)

La reactivació de cèl·lules B de memòria

Aquest estudi fou concebut i dissenyat per Imogen Moran i Tri Phan, de la Immunology Division del Garvan Institute of Medical Research. El disseny dels experiments monocel·lulars els feren amb Akira Nguyen. La seqüenciació d’ARN monocel·lular la van fer Moran i Nguyen amb Weng Hua Koo (de la Division of Bone Biology del mateix centre). Nguyen analitzà aquesta seqüenciació. Dins de la Immunology Division, Danyal Butt, Katherine Bourne, Clara Young i Jana R. Hermes hi prestaren suport tècnic. En el disseny experimental i en l’anàlisi i interpretació posteriors també contribuïren Cindy S. Ma, C. Mee Ling Munier, Fabio Luciani, John Zaunders, Anthony D. Kelleher, Stuart G. Tanye, Peter I. Croucher i Robert Brink. Maté Biro forni eines d’anàlisi d’imatges, tasca que realitzaren Moran i Mark N. Read. Read també realitzà la modelització matemàtica. Gary Gracie i Andrew Parker realitzaren la immunohistoquímica humana. L’article fou redactat per Moran, Nguyen, Read i Phan.

La recerca compta amb el finançament del NHMRC, a través dels projectes 1124681 (on participen Phan, Ma, Luciani i Zaunders) i 1139865 (on participen Phan i Ma).

El seu article comença amb una referència a aquell famós passatge de Tucídides:

“ἐπὶ πλέον δ᾽ ὅμως οἱ διαπεφευγότες τόν τε θνῄσκοντα καὶ τὸν πονούμενον ᾠκτίζοντο διὰ τὸ προειδέναι τε καὶ αὐτοὶ ἤδη ἐν τῷ θαρσαλέῳ εἶναι: δὶς γὰρ τὸν αὐτόν, ὥστε καὶ κτείνειν, οὐκ ἐπελάμβανεν. καὶ ἐμακαρίζοντό τε ὑπὸ τῶν ἄλλων, καὶ αὐτοὶ τῷ παραχρῆμα περιχαρεῖ καὶ ἐς τὸν ἔπειτα χρόνον ἐλπίδος τι εἶχον κούφης μηδ᾽ ἂν ὑπ᾽ ἄλλου νοσήματός ποτε ἔτι διαφθαρῆναι.” (Thuc 2.51.6.)

Tucídides ens explica que en la pesta que assolà a Atenes en el 430 a.C., les poques persones que sobrevisqueren després d’haver patit la malaltia, foren també les que mostraren més compassió envers els malalts i moribunds. Aquests supervivents creien que no emmalaltirien de nou i en tot cas no de tanta gravetat. Alguns arribaren a pensar que el fet d’haver sobreviscut a la malaltia els feia invulnerables a tota dolència en el futur.

La immunitat existeix. En el segle XVII, metges de la Índia, de la Xina, de l’Imperi Otomà o d’Europa estudiaren i practicaren la inoculació d’extractes de pústules de malalts de verola com a mètode preventiu contra aquesta malaltia. Edward Jenner, en el 1796, modificà aquesta pràctica emprant en la inoculació pústules de malalts de verola de vaques: la vaccinació era menys arriscada que la variolació. En el segle XIX, Louis Pasteur i d’altres científics multiplicaren aquestes experiències. En el segle XX, les bases cel·lulars i moleculars de les malalties infeccioses i dels seus vaccins començaren a ser aclarides.

La protecció immunitària que confereixen els vaccins és en gran mesura de caràcter humoral, és a dir que resideix en el sèrum sanguini i no tant en la fracció cel·lular. Ara bé, els anticossos neutralitzants responsables d’aquesta immunitat humoral són secretats per cèl·lules. La persistència de la immunitat s’explica per la presència de cèl·lules plasmàtiques de llarga vida i per cèl·lules B de memòria.

Fins ara hom sabia que les cèl·lules B de memòria (MBC en l’acrònim anglès) es trobaven en localitzacions anatòmiques exposades a antígens, com ara el pulmó després d’una infecció viral, la zona marginal de la melsa, el moll de l’os, l’epiteli de les angines, etc. Després d’una immunització subcutània, se sap que les MBCs resultats s’acumulen en els ganglis limfàtics.

És més ben coneguda a nivell molecular l’activació de limfòcits B immadurs. Aquesta activació depèn de la interacció amb macròfags CD169+ que es troben en l’espai subcapsular del gangli limfàtic. Les cèl·lules B activades d’aquesta manera migren cap a la zona interfol·licular, on interactuen amb limfòcits TH. La interacció entre limfòcits T i aquests limfòcits B marcarà si proliferen o no, i si ho fan, si es diferencien cap a cèl·lules plasmàtiques de curta vida o cap a cèl·lules B residents entre el centre germinal del fol·licle limfàtic.

Moran et al. volen aclarir les bases cel·lulars i histològiques de la resposta humoral secundària. Ho han una combinació de microscopia intravital bifotònica i de seqüències d’ARN d’una sola cèl·lula. És així com han identificat l’estructura que denominen “focus proliferatius subcapsulars” (SPF). En aquests SPF les MBCs reactivades proliferen i es diferencien en cèl·lules plasmàtiques. Les cèl·lules de l’SPF són més mòbils, però també més dependents de senyals externs per sobreviure.

El lloc de residència de MBCs en repòs

Moran et al. utilitzen un model de ratolí immunitzat a la lisozima d’ou de gallina (proteïna HEL), combinat amb l’administració de cèl·lules B modificades genèticament que han incorporat marcadors fluorescents com la proteïna Kaede. Quan han passat 28 dies de la primera resposta d’anticossos, les cèl·lules específiques d’aquest antigen ja no proliferen. Tampoc ja no persisteixen els centres germinals en els ganglis limfàtics. Sí que persisteixen, en canvi, MBCs, que no dependen per a sobreviure de senyals antigènics en els seus receptors BCR ni tampoc de l’assistència de limfòcits TH específics.

En aquests MBCs hi ha dues subpoblacions. Unes expressen anticossos IgM i unes altres anticossos IgG. Entre els marcadors característics de les MBCs hi ha Fas, CD80, CD86, PD-L2, CCR6, CD69, CD62L, EBI2 i CXCR3.

L’ús de microscopia intravital bifotònica demostrava 70 dies de la immunització primària que les MBCs es posicionaven preferentment en la regió subcapsular dels ganglis limfàtics, associats estretament amb les macròfags SCS CD169+.

Les MBCs eren el doble d’abundants en ganglis limfàtics de drenatges comparats amb els altres ganglis limfàtics. L’expressió de la proteïna fluorescent Kaede permet Moran et al. de calcular els temps de residència en el gangli limfàtic, que estimen en 69 hores.

El comportament migratori de MBCs i de cèl·lules B immadures

El temps de residència d’una cèl·lula B immadura en el gangli limfàtic és inferior a les 24 hores. En els seus experiments, Moran et al. comparen les MBCs amb aquestes cèl·lules B immadures. La velocitat mitjana és similar en tots dos casos. També en tots dos casos la motilitat segueix un patró de migració superdifusiu.

La reactivació de les MBCs

Moran et al, transfereixen a ratolins cèl·lules B SWHEL tdTomato i cèl·lules T OT2. En immunitzar els ratolins amb HEL-OVA, queda establerta una població de MBCs que poden seguir amb el microscopi vital gràcies al marcatge de fluorescèndia (tdTomato). Eventualment, aquests ratolins són inoculats de nou amb HEL-OVA.

Cinc dies després d’aquesta segona inoculació, els MBCs SWHEL s’havien segregat en dues agrupacions diferents, una en la regió subcapsular i l’altra en centres germinals secundaris.

El marcatge OT2 els permetia seguir també els moviments de les cèl·lules T. En la regió subcapsular i en el mantell fol·licular dels ganglis limfàtics hi havia una acumulació de cèl·lules Tfh secundàries. La microscopia intravital detecta contactes freqüents i efímers entre les cèl·lules Tfh OT2 i les MBCs SWHEL. És la primera vegada que es mostra que la regió subcapsular dels ganglis limfàtics és una zona d’interacció entre cèl·lules T i B.

L’anàlisi histològica dels ganglis limfàtics

En el dia 3 i dia 5 de l’esmentada inoculació secundària, Moran et al. extreuen d’alguns ratolins ganglis limfàtics per sotmetre’ls a una anàlisi histològica. Les cèl·lules subcapsulars són proliferatives (positives per al marcador Ki67). Per això Moran et al. anomenen a aquesta estructura “focus proliferatius subcapsulars” (SPF). Els SPF recorden als centres germinals, però en aquest cas no hi ha presència de cèl·lules dendrítiques fol·liculars CD35+. En els SPF detecten una abundància d’anticossos anti-HEL, indici doncs que els SPF les MBCs proliferen i es diferencien en cèl·lules plasmàtiques.

Dues subpoblacions segons l’expressió de Blimp-1

Mitjançant el constructe Blimp-1egfp/+, Moran et al. poden observar en els SPFs l’expresió de Blimp-1. D’aquesta manera diferencien entre les cèl·lules Blimp-1+, que són rodones, poc mòbils i que romanen la superfície de macròfags SCS, de les cèl·lules Blimp-1neg, que són més mòbils.

La seqüenciació d’ARN

La seqüenciació monocel·lular d’ARN ens dóna les dades del transcriptoma d’una única cèl·lula. Moran et al. han fet aquest experiment per a un total de 142 cèl·lules B SWHEL obtingudes 5 dies després de la reinoculació de l’antigen. D’aquestes 142 cèl·lules, se n’obtingueren transcriptomes de 122. En total, detecten 8190 gens d’expressió diferencial, la qual cosa permet classificar-los en tres poblacions:
– la població 1 es caracteritza per l’expressió de gens relacionats amb la hipermutació somàtica, la divisió cel·lular i la mitosi.
– la població 2 es caracteritza per l’expressió de gens relacions amb l’estrès de reticle endoplasmàtic i la secrecció d’anticossos.
– la població 3 es caracteritza per l’expressió de gens associats al tràfic cel·lular dins del fol·licle limfàtic.

Aquestes dades d’ARN coincideixen amb les dades de la microscopia intravital. Així, en l’SPF trobem cèl·lules plasmàtiques (població 2), MBCs (població 3) i cèl·lules B de centre germinal (població 1)

A partir de les dades d’ARN, Moran et al. poden dissenyar un protocol de citometria de flux per caracteritzar millor les tres poblacions:
– la població 1 són cèl·lules CD38lo, amb un baix contingut d’immunoglobulina i que són positives per a Bcl-6.
– la població 2 són cèl·lules CD38int, amb un contingut intermedi d’immunoglobulina i que són negatives per a Bcl-6.
– la població 3 són cèl·lules CD38hi, amb un alt contingut d’immunoglobulina intracel·lular i que són negatives per a Bcl-6.

La supervivència de les cèl·lules de SPF en absència de senyalització per BCR

Emprant cèl·lules B SWHEL que porten els al·lels H2-Ab1fl/fl.Cd79a.CreERT2, Moran et al. poden induir la deleció de l’MHCII de les MBCs si administren tamoxifè als ratolins transferits 7 dies abans de la reinoculació amb HEL. En aquest cas, totes les poblacions cel·lules dels SPF es veuen reduïdes. Això indica la necessitat d’interacció amb cèl·lules TH a través del receptor BCR. De totes maneres, aquesta interacció no és imprescindible per a la supervivència de MBCs en els SPF. Experiments de Moran et al. amb ibrutinib confirmen aquesta idea.

SPF en ganglis limfàtics humans

Tota aquesta llista d’experiments s’han fet en ratolins. Moran et al., però, investiguen a més si els SPF són també presents en ganglis limfàtics humans. Així, analitzen seccions seriades de ganglis limfàtics inflamats procedents de biòpsies humanes de tres pacients. Hi detecten efectivament cúmuls de cèl·lules plasmàtiques CD138+ en la regió subcapsular, que es troben en contacte amb macròfags SCS CD169+.

Moran et al. afirmen que aquesta troballa dels SPF forneix un mecanisme per explicar la ràpida cinètica de la resposta secundària d’anticossos. És aquesta ràpida secreció d’anticossos la que protegeix l’hoste d’una nova infecció. Així, doncs, en els SPFs on rau la memòria de les cèl·lules B.

Lligams:

Memory B cells are reactivated in subcapsular proliferative foci of lymph nodes. Imogen Moran, Akira Nguyen, Weng Hua Khoo, Danyal Butt, Katherine Bourne, Clara Young, Jana R. Hermes, Maté Biro, Gary Gracie, Cindy S. Ma, C. Mee Ling Munier, Fabio Luciani, John Zaunders, Andrew Parker, Anthony D. Kelleher, Stuart G. Tangye, Peter I. Croucher, Robert Brink, Mark N. Read, Tri Giang Phan. Nature Communications 9: 3372 (2018)

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

El genoma de Denisova 11: dona de fa 90.000 anys de mare denisovana i de pare neandertal

Paleogenètica: L’estudi de l’ADN antic ofereix una nova finestra per entendre la diversitat humana dels darrers 500.000 anys. Els estudis genètics del grup de Svante Pääbo sobre restes humanes de la Cova de Denisova, el març del 2010, ja ens permetien albirar una diversitat superior, a l’Àsia Central de fa uns 40.000 anys, a la que ens indicarien purament les dades morfològiques. Per exemple, aquests estudis identificaren un llinatge humà que prèviament havia passat desapercebut, i que va rebre el nom de “denisovà”. Des de llavors, hom ha estimat el temps de divergència del llinatge neandertal i denisovà en 390.000 anys. Però com s’estructurava aquesta diversitat genètica? Hi havia creuaments entre llinatges que coexistien en la mateixa zona i en el mateix període? La resposta, segons indiquen les dades genètiques fins ara, és afirmativa. I ho és encara més ara que la revista Nature publica un article encapçalat per Viviane Slon i el mateix Pääbo en el qual s’analitza el genoma de Denisova 11, i que arriba a la conclusió que aquest individu fou filla de pare neandertal i mare denisovana.

La Cova de Denisova, fotografiada en el 2008

Denisova 11

El llinatge denisovà fou identificat originàriament en les restes de Denisova 3. Consistia en la falange d’un dit trobat en la capa 11.2 de la galeria oriental en la campanya d’excavacions de l’equip de Michael Shunkov en el 2008. Fou la seqüenciació completa del genoma mitocondrial la que assenyalava un llinatge prèviament desconegut (Krause et al., 2010). Estudis ulteriors indicaren que pertanyia a una dona, a la que es denomina “dona X”, en tant que “tipus” d’aquest llinatge.

Denisova 11 és un individu identificat a partir d’un fragment ossi de la mostra DC1227 (Brown et al., 2016). Aquesta mostra fou trobada en el 2014, en la capa 12 de la galeria oriental.

En un principi, Denisova 11 fou assignat al llinatge neandertal. No obstant ara, amb una anàlisi més completa, s’evidencia que el seu llinatge matern és denisovà. Ara bé, el llinatge patern sí té característiques neandertals. Cal assenyalar, que tant les característiques genètiques denisovanes com les neandertals detectades en Denisova 11 també són presents en altres individus trobats a la cova.

No és únicament que Denisova 11 sigui el fruit d’una parella “mixta”. La mare de Denisova 11 provindria d’una població denisovana més propera genèticament als neandertals tardans europeus que no pas als neandertals que hom ha trobat en la cova de Denisova, la qual cosa és un indici de fluxos genètics dins de les poblacions neandertals de les Euràsies oriental i occidental escaiguts fa una mica menys de 120.000 anys.

Denisova 11, segons Slon et al., mostra que els creuaments entre els grups genètics hominins del Pleistocè Tardà devia ésser relativament comú.

L’Àsia Central en temps de Denisova 11

Denisova 11 va viure fa 90.000 anys. Hom pot demanar-se fins a quin punt els llinatges dels seus pares eren diferents. Des d’un punt de mira genètic, i centrant-se en l’ADN mitocondrial, els llinatges materns respectius eren ben separats, molt més que no pas ho és qualsevol llinatge mitocondrial dels actualment existents en les poblacions humanes. Però és clar que el llinatge matern és únicament un porció de tots els llinatges que vinculen els individus d’una població.

Les dades genètiques indiquen que Denisova 11 era una dona. Pel gruix de l’os, calculen que ja havia entrat en l’edat adulta (>13 anys).

Denisova 11 mostra clarament que denisovans i neandertals podien creuar-se entre ells i tindre descendència. Això no obstant, l’estudi també indica clarament que els denisovans eren quelcom més que un llinatge matern, i que bo i l’entrada de gens neandertals, les poblacions denisovanes mantenien encara una sèrie de característiques genètiques pròpies. Això podria deure’s a una certa barrera genètica que, encara que no impedís el flux genètic, sí suposés una menor fertilitat dels creuaments.

Algunes de les qüestions sobre la diversitat genètica hominina anterior a l’expansió de l’home anatòmicament modern queden encara obertes. L’addició de més dades genètiques i genòmiques ajudarà a tancar alguns interrogants i a contextualitzar millor les dades actualment disponibles.

Lligams:

The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father. Viviane Slon, Fabrizio Mafessoni, Benjamin Vernot, Cesare de Filippo, Steffi Grote, Bence Viola, Mateja Hajdinjak, Stéphane Peyrégne, Sarah Nagel, Samantha Brown, Katerina Douka, Tom Higham, Maxim B. Kozlikin, Michael V. Shunkov, Anatoly P. Derevianko, Janet Kelso, Matthias Meyer, Kay Prüfer & Svante Pääbo. Nature (2018).

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

Daten artefactes paleolítics a l’Altiplà de Huangtu amb més de dos milions d’anys d’antiguitat

El caràcter incomplet dels registres arqueològic i paleontològic fa que, de vegades, noves descobertes obliguin a canviar el relat cronogeogràfic del Paleolític Inferior. Zhu Zhaoyu i Robin Dennell encapçalen una lletra a la revista Nature on comuniquen una d’aquestes descobertes. Hi reporten una seqüència d’artefactes del jaciment paleolític de Shangchen (上陈), corresponents a 17 capes, la més antiga de les quals, L28, la daten en 2,12 milions d’anys d’antiguitat. Això fa que les eines d’aquest estrat constitueixin, ara com ara, el primer indici d’habitació hominina de l’Altiplà de Huangtu, i per extensió de tot Euràsia, siguent el primer indici d’habitació d’hominins fora d’Àfrica.

Eines de pedra del jaciment de Shangchen

El jaciment de Shangchen

Zhu Zhaoyu pertany a l’Institut de Geoquímica de Guangzhou i del Laboratori de Geologia Quaternària de Xi’an. Fou el que dirigí el pla de recerca del jaciment de Shangchen, participant-hi en les investigacions realitzades des del 2004 al 2017.

Huang Weiwen és també membre del Laboratori de Geologia Quaternària, i alhora investigador de l’Institut de Paleontologia de Vertebrats i de Paleoantropologia de Beijing. Huang és l’arqueòleg principal d’aquesta recerca, i és conegut per la descoberta del crani de Gongwangling (1964).

Robin Dennell, del Departament d’Arqueologia de la Universitat d’Exeter, participà en el treball de camp i ha estat qui ha trobar molts dels artefactes estudiats.

En les investigacions de camp també han participat Wu Yi (de l’Institut d’Oceanologia de Guangzhou), Qiu Shifan (de l’EScola de Geografia i Enginyeria Ambiental de Ganzhou), Rao Zhinguo (del Col·legi de Ciències de Recursos i de Medi Ambient de Changsha), Xie Jiubing (del Destacament de Supervisió Ambiental de Nanning) i Han Jiangwei (de l’Institut de Prospecció Geològica de Henan, amb seu a Zhengzhou). En part dels treballs del camp i en l’autenticació de les peces participaren també Yang Shixia i Hou Yamei (de l’Institut de Paleoantropologia de Beijing). En les mesures paleomagnètiques participà també Ouyang Tingping.

En el decurs de les excavacions realitzades entre el 2004 i el 2017 s’han trobat al jaciment de Shangchen 96 eines de pedra (escates, puntes i nuclis). No s’hi ha trobat cap resta hominina.

Els primers hominins de fora d’Àfrica

En el 1964, hom descrigué a partir del crani de Gongwangling l’espècie “Sinanthropus lantianensis”. Des de llavors, hom l’ha reclassificat dins de l’espècie “Homo erectus”

Sota el terme “hominins”, s’apleguen el conjunt d’homínids que són més propers filogenèticament a l’actual gènere Homo que als altres gèneres d’homínids amb representants vius en l’actualitat (Pan, Gorilla, Pongo). De fet, tots els gèneres coneguts d’aquest clade d’hominins, fins i tot incloent-hi Pan i Gorilla són de distribució exclusivament africana. Tots, excepte, el gènere Homo, val a dir, pel que sabem fins ara.

Entre les restes més antigues atribuïbles al gènere Homo fora d’Àfrica destaquen:
– les restes esquelètiques i artefactuals del jaciment de Dmanisi (Geòrgia), que es daten entre 1,77-1,85 milions d’anys abans del present.
– dues dents incisives del jaciment de Yuanmou (Xina Meridional), atribuïdes a Homo erectus i datades en 1,77 milions d’anys d’antiguitat.
– el crani esmentat de Gongwangling, actualment classificat com a Homo erectus, i que Zhu et al. daten en 1,63 milions d’antiguitat.
– els fòssils del jaciment de Sangiran, a l’illa de Java, datats en 1,5-1,6 milions d’anys d’antiguitat.
– artefactes dels jaciments de Majuangou III i Shangshazui, de la Conca de Nihewan (Xina Septentrional), datats en 1,6-1,7 milions d’anys d’antiguitat.

La capa de loess L28

El jaciment de Shangchen conté 17 capes en les quals s’han trobat un total de 96 artefactes paleolítics. Zhu et al. ofereixen una datació d’aquests estrats basada en el paleomagnetisme. El més recent, el paleosol S15, tindria una antiguitat de 1,26 milions d’anys. El més antic, el loess L28, tindria una antiguitat de 2,12 milions d’anys. Això supera en 300.000 anys la datació de Dmanisi, i fa de Shangchen l’indici més remot en el temps de presència hominina fora d’Àfrica.

Esquema del geomagnetisme durant els darrers cinc milions d’anys. Les inversions del camp magnètic terrestre es manifesten en l’orientació d’alguns minerals en les roques, i així hom pot atribuir els estrats corresponents a diferents eres paleomagnètiques

Els inicis del Paleolític Inferior

Trobar indústria lítica de més de 2 milions d’anys d’antiguitat és una xifra considerable no tan sols per a Euràsia, sinó fins i tot per a Àfrica. No són gaires els jaciments africans que superen aquesta antiguitat. A Turkana (Kènia) hom ha trobat els indicis més antics coneguts fins ara, de 3,3 milions d’anys.

Les restes lítiques de Turkana s’han atribuït a alguna espècie d’Australopithecus. Les restes més antigues d’Olduvai (Tanzània), de 1,9 milions d’anys d’antiguitat, s’atribueixen a Homo habilis. Les de Dmanisi, de 1,78 milions d’anys, s’assignen a Homo erectus. No hi ha cap indici per decidir si les primeres eines del jaciment de Shangchen foren elaborades per Australopithecus spp., H. habilis, H. erectus o alguna altra opció.

Lligams:

Hominin occupation of the Chinese Loess Plateau since about 2.1 million years ago. Zhaoyu Zhu, Robin Dennell, Weiwen Huang, Yi Wu, Shifan Qiu, Shixia Yang, Zhiguo Rao, Yamei Hou, Jiubing Xie, Jiangwei Han, Tingping Ouyang. Nature (2018).

Tools from China are oldest hint of human lineage outside Africa. Colin Barras. Nature (2018).

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

L’origen africà de l’espècie ‘Homo sapiens’: Scerri et al. ens expliquen la complexitat geogràfica i cronològica d’aquest procés

Biològicament, la humanitat actual és classificada en una sola espècie, Homo sapiens. De vegades es fa ús del concepte “home anatòmicament modern” per designar-la, en el sentit que en el passat pleistocènic hi hagué altres espècies humanes (del gènere Homo) que serien “homes arcaics”. L’espècie Homo sapiens hauria sorgit a Àfrica fa 500-300 mil anys. Fa 100.000 anys o una mica més s’hauria expandit a Àsia, i des d’allà als altres continents. Les espècies arcaiques haurien anat desapareixent, per bé que algunes van deixar la seva petjada genètica en les poblacions locals d’Homo sapiens. Una qüestió rellevant és afinar la cronologia i la geografia de l’origen d’Homo sapiens. En un article a la revista Cell, Eleanor M. L. Scerr encapçala una reflexió sobre la idea que Homo sapiens evolucionà a partir d’una única regió o població. Scerr et al. consideren que les dades van en contra d’aquesta idea, i que més aviat cal pensar que l’Homo sapiens evolucionà dins del marc d’una sèrie de grups entrelligats que vivien per tot Àfrica, amb diversos graus de connectivitat.

Eines i adorns de l’Edat Intermèdia de Pedra d’Àfrica. El registre arqueològic ens mostra la complexitat de relacions culturals durant el Pleistocè mitjà africà.

Els orígens africans de l’Homo sapiens

En termes generals, hom concep que l’espècie Homo sapiens evolucionà a partir d’una única regió africana, a partir d’una sola població arcaica. La qüestió, doncs, seria identificar aquest origen. Ara bé, el que diuen en aquest article a la revista Cell Eleanor M. L. Scerri és que aquesta visió unigènica no se sosté d’acord amb una visió multidisciplinària. Scerri et al. defensen, per contra, que l’espècie Homo sapiens derivà d’un conjunt de grups entrelligats que vivien en diferents punts d’Àfrica, amb una connectivitat canviant.

En principi, hom podria pensar que no hi ha tanta diferència entre el model unigènic i el model que presenten Scerri et al. Tots dos comparteixen la visió de l’origen africà. Però la perspectiva de Scerri et al. sí té un impacte en els models genètics, ja que els exigiria d’incorporar una visió més complexa de les migracions i de les divergències dins Àfrica.

L’origen humà es trobaria doncs en poblacions pleistocèniques que vivien per tot Àfrica. Scerri et al. assenyalen els fòssils del període que s’han trobat en els darrers anys, així com el registre arqueològic. Un origen policèntric i la persistència de diferències regionals dins Àfrica explicarien millor les dades paleoantropològiques i arqueològiques. També serviria per explicar el fet que els estudis genètics assenyalin que l’estructura de les poblacions africanes actuals assenyalà una història profunda. En aquesta història l’evolució paleoclimatològica ha estat enormement rellevant.

El llinatge d’Homo sapiens podria haver-se originat a Àfrica fa més de 500.000 anys, però cal dir que les manifestacions morfològiques més antigues observades tenen una antiguitat de 300.000 anys. Els primers fòssils atribuïbles a Homo sapiens mostren una considerable diversitat morfològica, explicable també per la seva notable dispersió geogràfica. No hi ha l’aparença d’una progressió lineal simple de l’home arcaic a l’home modern. Encaixar aquestes peces en la visió uniregional clàssica és tan complex, que Scerri et al. opten per aquesta explicació alternativa de “multiregionalisme africà”: Homo sapiens s’hauria originat i diversificat dins de poblacions fortament subdividides escampades per tot Àfrica.

El problema de definir Homo sapiens

No tots els investigadors introdueixen les mateixes característiques morfològiques en la definició d’Homo sapiens. Això fa que no tots siguin d’acord en incloure-hi alguns dels fòssils africans més antics, de 300.000 o 200.000 d’antiguitat. La visió unigènica es troba molt associada amb el concepte d’especiació puntuada. Però els fòssils semblen indicar més aviat un procés més gradual, en el qual els diferents trets “moderns” apareixen en mosaic: primer uns i després uns altres.

El concepte d’home anatòmicament modern es fixa en caràcters com el rostre petit i gràcil, la presència de barbeta i una caixa craniana globular. L’home de Jebel Irhoud, que va viure a l’extrem nord-occidental d’Àfrica fa 315.000 anys, presenta un rostre modern i un volum endocranial que entra dins de la variabilitat moderna, però alhora la caixa craniana és més elongada que no pas globular.

Irhoud 1

L’home de Florisbad (Sudàfrica, fa 260.000 anys), l’home d’Omo Kibish (Àfrica Oriental, fa 195.000 anys) i l’home d’Herto (Àfrica Oriental, fa 160.000 anys) mostren entre ells diferències morfològiques considerables. Alguns pensen que aquestes restes cal entendre-les encara en un marc arcaic. Així, hom ha recuperat l’espècie Homo helmei per incloure-hi tant l’home de Florisbad com el de Jebel Irhoud. O bé, es considera que són antecedents directes de l’home modern, i així l’home d’Herto ha estat considerat el tipus de la subespècie basal Homo sapiens idaltu.

Scerri et al. s’estimen parlar de “clade Homo sapiens” i incloure-hi els fòssils esmentats en la seva diversitat. No esperen doncs trobar tot les característiques cranianes dels humans contemporanis fins a un període més recent, entre 100.000 i 40.000 anys. En el període de 300.000-100.000 anys d’antiguitat, l’evolució d’aquestes característiques s’hauria fet de manera independent en diferents regions africanes, degut a barreres geogràfiques com ara regions hiperàrides o boscos tropicals.

Cal pensar, doncs, en una Àfrica diversa. Les restes arqueològiques del Pleistocè terminal, que en la cronologia africana es corresponen a l’Edat de Pedra tardana, mostren una diversitat regional considerable, manifestada en formes diferents de retenció dels trets arcaics de l’Edat de Pedra mitjana. En l’holocè, la diversitat morfològica és considerable en les restes esquelètiques, explicable per adaptacions regionals a climes extrems (deserts, boscos tropicals) i per la persistència de barreres geogràfiques als fluxos demogràfics.

L’Àfrica de l’Edat de Pedra Intermèdia no sostenia pas una població panmíctica, sinó força estructurada geogràficament. A més cal recordar que al continent encara persisteixen poblacions arcaiques, com Homo naledi (que hauria viscut fa 280.000 anys) o Homo heidelbergensis. Fluxos genètics d’aquestes formes arcaiques al clade Homo sapiens farien encara més complexa la situació.

L’home de Kabwe (Broken Hill 1) ha estat datat entre 300.000 i 125.000 d’antiguitat. Inclòs en l’espècie “Homo heidelbergensis”, és un exemple de la persistència de les formes arcaiques a Àfrica en una data en la qual ja havien començat a aparèixer els primers “Homo sapiens”.

L’Edat de Pedra africana

És a Àfrica on trobem les primeres eines de pedra, datades de fa 3,3 milions d’anys, anteriors al propi gènere Homo. S’iniciava l’anomenada Antiga Edat de Pedra. La transició d’aquest període inicial a un període mitjà es caracteritza per l’abandonament de les grans eines de tall, com les destrals de mà, per tecnologies basades en nuclis preparats i en el picat. Aquesta transició ja és visible a Jebel Irhoud fa 300.000 anys. Es registra a Olorgesailie (Àfrica Oriental) en el mateix període, i a Florisbad fa uns 280.000 anys. En l’Àfrica Occidental les primeres restes del període mitjà tenen 180.000 anys d’antiguitat. En termes generals, l’Edat de Pedra Intermèdia coincideix amb l’aparició d’Homo sapiens, però com s’ha dit en aquest període encara són presents espècies arcaiques (H. naledi, H. heidelbergensis).

En l’Edat de Pedra Intermèdia apareixen ja estils regionals clarament diferenciables. S’associa aquesta regionalització cultural a l’emergència de la cognició pròpia de l’home modern. De l’Edat de Pedra Intermèdia, es passa a l’Àfrica a l’Edat de Pedra Tardana, caracteritzada per una miniaturització lítica, però també amb notables diferències regionals.

Els models genètics

Els models genètics basat en la diversitat de les poblacions actuals han assenyalat que la major diversitat genètica coincideix amb els grups de llengua KhoeSan que viuen a l’Àfrica austral. En un model d’arbre, aquesta branca de la humanitat tindria la divergència més antiga, estimada en 150.000-300.000 anys. Per això alguns han pensat que cal cercar en aquest grup l’origen de l’espècie. Però cal tenir present que la diversitat actual a Àfrica respon també a moviments demogràfics recents, com ara l’expansió dels pobles de llengua bantú fa 2000-1500 anys, o els fluxos genètics dels darrer mil·lennis que han arribat a Àfrica procedents d’Euràsia.

La reconstrucció paleoclimatològica

La zonificació climàtica d’Àfrica experimentà grans canvis durant el Pleistocè tardà. Aquests canvis comporten l’aparició de barreres geogràfiques als fluxos genètics i culturals, i també expansions i reduccions de la càrrega humana potencial de les diferents regions.

Cal pensar que les poblacions humanes del període eren petites i molt susceptibles a l’isolament geogràfic. Les dades genètiques indiquen un o més esdeveniments crítics (colls d’ampolla).

Scerri et al. consideren que la reconstrucció de la història demogràfica de les poblacions humanes requereix una estratègia interdisciplinària que combini la genòmica de poblacions amb l’arqueologia i la paleoantropologia, però també amb les dades paleoclimatològiques.

Lligams:

Did Our Species Evolve in Subdivided Populations across Africa, and Why Does It Matter?. Eleanor M.L. Scerri, Mark G. Thomas, Andrea Manica, Philipp Gunz, Jay T. Stock, Chris Stringer, Matt Grove, Huw S. Groucutt, Axel Timmermann, G. Philip Rightmire, Francesco d’Errico, Christian A. Tryon, Nick A. Drake, Alison S. Brooks, Robin W. Dennell, Richard Durbin, Brenna M. Henn, Julia Lee-Thorp, Peter deMenocal, Michael D. Petraglia, Jessica C. Thompson, Aylwyn Scally, Lounès Chikhi. Cell (2018)

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

Comproven la universalitat de la caiguda lliure en el sistema estel·lar triple PSR J0337+1715

Anne M. Archibald encapçala un article publicat avui a Nature en el qual empren el sistema estel·lar triple PSR J0337+1715 per comprovar la universalitat de la caiguda lliure.

La universalitat de la caiguda lliure és un dels fonaments de la teoria general de la relativitat d’Einstein, la teoria actualment acceptada de la gravetat. Aquesta universalitat suposa que tot objecte pateix una acceleració idèntica sota un camp gravitacional extern idèntic. El principi d’equivalència de la relativitat general contrasta amb el de teories alternatives de la gravetat. Empíricament, doncs, és rellevant comprovar que la universalitat de la caiguda lliure val fins i tot en cossos sotmesos a una fort camp gravitatori, és a dir a cossos massius.

S’han realitzar tests sobre la universalitat de la caiguda lliure observant cossos del Sistema Solar, però el camp gravitatori del Sol, un estel de dimensions modestes, podria ser insuficient per detectar desviacions d’aquesta universalitat. Una alternativa és l’observació de sistemes binaris pulsar-nan blanc.

Archibald et al. han fet el seu test en PSR J0337+1715, que és un sistema estel·lar triple. Els tres integrants del sistema són un pulsars i dos nans blancs. El pulsar és un radio-pulsar amb una freqüència de l’ordre de milisegons. Un primer nan blanc orbita al voltant del pulsar amb un període de 1,6 dies. El sistema binari format per aquest pulsar i aquest primer nan blanc orbita al voltant d’un segon nan blanc amb un període de 327 dies.

Aquest sistema jeràrquic de tres estels és especialment interessant per fer un test de la universalitat de la caiguda lliure. El pulsar és sotmès a una forta auto-gravetat. És interessant saber com el camp gravitatori del nan blanc distal afecta tant al pulsar com al nan blanc proximal.

Archibald et al. reporten les acceleracions del pulsar i del nan blanc proximal. Troben que no difereixen, amb una precisió de 2,6·10-6. El paràmetre Nordvedt de camp fort que en resulta d’aquesta observació és deu vegades més petit que l’obtingut en observacions del Sistema Solar i gairebé mil vegades més petit que l’obtingut en observacions de sistemes binaris pulsar-nan blanc. Es tracta, doncs, d’una dada empírica més robusta a favor de la universalitat de la caiguda lliure i, de retruc, a la teoria general de la relativitat.

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

Recol·lectors d’estels

La setmana passada, Dan Hooper, del Fermi National Accelerator Laboratory, de Batavia (Illinois), compartia un article en el qual reflexionava sobre una de les estratègies que podia adoptar una civilització interestel·lar avançada en les condicions del nostre univers. L’article duia per títol “Life Versus Dark Energy: How An Advanced Civilization Could Resist the Accelerating Expansion of the Universe”. El punt de partida és la composició del nostre univers, en el qual l’energia fosca (de natura desconeguda) promou una expansió accelerada. Això vol dir, per exemple, que en 1011 anys, el nostre horitzó còsmic quedarà reduït al Grup Local de Galàxies. Parlar en termes de 1011 anys és un xic aventurat. El nostre Sistema Solar, al capdavall, no té més que 5·109 anys (5 centèssimes del dit període), i l’habilitabilitat del nostre planeta es reduirà dràsticament en qüestió de 1·109 anys. Com que la nostra civilització tecnològica té, en el més generós dels càlculs, una edat de 104 anys parlar d’aquesta expansió accelerada de l’univers ens va una mica gran. Però Hooper parla d’una civilització altament avançada, que treballa a una escala temporal i espacial més ampliada que la nostra.

Hooper pensa que una civilització prou avançada haurà de pensar en estratègies d’accés a l’energia que tinguin present l’expansió accelerada de l’univers, i la reducció de la disponibilitat energètica que això comporta. Parlem d’una civilització expansiva i capaç de construir megaprojectes d’enginyeria com les esferes Dyson (que capten tota o gairebé tota l’energia emesa per un estel). Una part de la producció energètica, pensa Hooper, s’hauria de destinar a la captura d’estels abans que no es perdin per l’horitzó còsmic, i atreure’ls cap al centre civilitzatori. Hooper calcula que la massa estel·lar desitjable per a aquest programa seria de 0,2 a 1,0 masses solars, i que l’àrea de recol·lecció estel·lar tindria un radi de desenes de megaparsecs. Aquest programa de recol·lecció d’estels seria un investiment de futur, que suposaria augmentar mil vegades l’energia disponible quan l’horitzó còsmic s’acostés.

La proposta de Hooper es complementa amb els possibles indicis observables d’una civilització que actualment fer recol·lecció estel·lar.

Una civilització de Kardashev de tipus III

Hooper pensa en una civilització de tipus III en l’escala de Kardashev, és a dir una civilització que té la capacitat de controlar tota l’energia estel·lar d’una galàxia. Es tracta, doncs, d’una civilització intergalàctica. Per a aquesta civilització, l’expansió accelerada de l’univers sí es rellevant a escales de 1011 anys. De fet, l’acostament de l’horitzó còsmic als límits del grup o cúmul galàctic apareixeria com la principal limitació cosmològica, tota vegada que la mort individual d’estels seria quelcom trivial per a una civilització intergalàctica.

El sistema de recol·lecció d’estels s’encaminaria a captar astres que serien desviats cap al centre civilitzatori. No té gaire interès captar estels de masses superior a la del nostre Sol, ja que el temps de fusió d’aquests estels és bastant reduït (menys de 1010 anys). Els estels de masses molt petites (<0,2 masses solars) generen poca energia com per fer rendible incloure'ls en aquest programa de recol·lecció.

Hooper calcula que si la civilització en qüestió té la capacitat d’expandir-se a una velocitat de 0,01 c, podria captar estels en un radi co-movent de 20 megaparsecs. Si la velocitat fos de 0,1 c, aquest radi s’expandiria a 50 megaparsecs. Una part de l’energia recollida per les esferes Dyson d’aquesta civilització es destinaria al programa de captació d’estels. Bàsicament, el concepte de Hooper combina una esfera de Dyson amb una alteració del moviment propi estel·lar, que seria accelerat cap al centre civilitzatori.

Indicis d’una civilització que captés estels

Els càlculs de Hooper es basen en una civilització que s’expandís des d’un estel de la nostra Via Làctia. Podem prendre aquests càlculs, de fet, com una estratègia a considerar pels nostres descendents quan arribin al tipus III de l’escala de Kardashev. Però també podem pensar que hi ha hagut temps de sobres en els darrers 1010 anys perquè una qualsevol civilització de la Via Làctia hagi assolit aquest estadi.

Hooper calcula quin serà el patró de radiacions i de velocitats pròpies dels estels afectats per un programa d’aquestes característiques. Un estel de Dyson convencional emetria diferencialment més en la banda de l’infraroig. En un estel de Dyson-Hooper hi hauria una combinació de radiació i de velocitat pròpia.

En una fase avançada del programa, la civilització es podria detectar com una regió de desenes de megaparsecs, on la majoria o tots els estels més lleugers (<2 masses solars) serien envoltats d'esferes de Dyson. També seria possible detectar les energies associades a la propulsió estel·lar induïda. Els efectes sobre la morfologia galàctica també podrien ser considerables.

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

La matèria orgànica continguda en fangolites marcianes de 3500 milions d’anys d’antiguitat

L’any 1976, dues missions de la NASA, la Viking 1 i la Viking 2 exploraren Mart a través d’un mòdul orbital i d’una estació de superfície. L’estació Viking 1 aterrà a una latitud de 22ºN el 20 de juliol del 1976, i la Viking 2 ho va fer el 3 de setembre a una latitud de 48ºN. Tots dos mòduls continuen instrumental per a realitzar quatre experiments biològics: 1) Un cromatògraf de gasos amb espectrometria de masses capaç d’analitzar els components de sòl marcià; 2) Un experiment de bescanvi de gasos; 3) Un experiment d’alliberament que incubava mostres de sòl marcià amb set nutrients diferents; 4) Un experiment d’alliberament pirolític, que incubava mostres de sòl marcià amb una atmosfera de CO/CO2 marcada amb carboni-14. El primer experiment fou sorprenentment negatiu: no se’n detectà cap substància orgànica malgrat que el nivell de detecció era de de l’ordre de 0,001 ppm. El segon experiment també resultà negatiu, en el sentit que la mostra de sòl marcià no afectà les concentracions de O2, CO2, N2, H2 o CH4. El tercer experiment resultà inicialment positiu, en el sentit que una part dels nutrients marcats amb carboni-14 foren “metabolitzats” a CO2; però en una rèplica posterior fou negatiu. El quart experiment donà negatiu en la Viking 1 i positiu en la Viking 2. Globalment, el fet que el resultat del primer experiment resultés negatiu orientà l’opinió dels experts cap a un resultat negatiu o, en el millor de casos, gens concloent. Des de llavors hi ha hagut altres sondes marcianes. Destacadament, el rover marcià Curiosity ha investigat la presència de matèria orgànica en el sòl. En un article a la revista Science, es reporta per primera vegada una detecció robusta de matèria orgànica en una mostra marciana per part de Curiosity. El context de la detecció fa pensar que som davant de matèria orgànica fossilitzada, amb una antiguitat de 3500 milions d’anys.

Fotografia del Mont Sharp des de la Curiosity

La Mars Science Laboratory i el rover Curiosity

El 26 de novembre del 2011 era llençada des de Cap Canaveral la Mars Science Laboratory (MSL), l’element principal de la qual era el rover Curiosity. El 6 d’agost del 2012, aquest rover aterrava en Aeolis Palus, la regió perifèrica del cràter Gale, situat en la zona equatorial del planeta (4ºS, 137ºE), al nord-oest del Quadrangle Aeolis. El cràter Gale té una antiguitat de 3500-3800 milions d’anys, i hom pensa que poc després de formar-se constituí un llac.

En aquests tres anys marcians, Curiosity ha recorregut una distància de 20 km, realitzant un estudi exhaustiu del clima i de la geologia del cràter Gale.

L’equip Sample Analysis at Mars (SAM), fotografiat l’octubre del 2010

Entre l’instrumental de Curiosity hi ha Sample Analysis at Mars (SAM), equip d’anàlisi de gasos i de substàncies orgàniques en mostres atmosfèriques i de terreny. Consta de tres instruments:
– espectròmetre de masses quadrupol (QMS), per a la detecció de gasos en mostres atmosfèriques. També pot analitzar la fracció gasosa de mostres de sòl escalfades.
– cromatògraf de gasos (GC), per a la separació de gasos. És acoblat a un espectròmetre de masses que cobreix un rang de 2-535 daltons.
– espectròmetre làser ajustable (TLS), per a mesures de precisió d’isòtops d’oxigen i de carboni. S’aplica a analitzar l’origen de gasos atmosfèrics, CO2 i CH4.

Aquests tres instruments són servits per tres subsistemes: 1) un laboratori de separació i processament químic; 2) un subsistema de manipulació de mostres; 2) un subsistema per purgar separadors i analitzadors. Les mostres sòlides arriben en forma de pols després d’haver passat pel molí de trituració.

La primera anàlisi es realitzà el 9 de novembre del 2012. La primera detecció de matèria orgànica era massa fluixa com per descartar que no fos una comintaminació. El desembre del 2014, ja havia ofert dades sobre les fluctuacions de CH4 en l’atmosfera marciana, dades que ara han estat ampliades per Webster et al. (2018). El març del 2015, es detectava la presència de nitrat en mostres de sediments.

La formació de Murray a les Muntanyes Pahrump

L’abril del 2015, la càmera HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter captava les Muntanyes Pahrump, dins de l’àrea del Mont Sharp. En el centre de la imatge apareix requadrat el ròver Curiosity

Les fangolites de la formació Murray, a Pahrump, en el Mont Sharp, dins de les elevacions centrals del cràter Gale, es formaren fa 3500 milions d’anys a partir dels sediments del llac Gale.

Jennifer L. Eigenbrode et al. reporten els resultats de l’anàlisi pirolítica d’aquestes fangolites. En sotmetre aquesta roca sedimentària a un tractament tèrmic (500-820°C), es desprenen gasos que foren analitzats per SAM. Entre els productes detectats pel QMS hi ha un ventall de compostos tiofènics, aromàtics (benzè, toluè) i alifàtics (propà, buté).

Tiofè

Per GC-MS, fou possible de detectar compostos tiofènics, però no pas compostos aromàtics o alifàtics. Eigenbrode et al. (2018) pensen que la presència de sofre en l’estructura dels tiofens ajuda a preservar-los millor.

Parlem de concentracions ben minses. El contingut de carboni orgànic s’estima en uns 50 nanomols (10 ppm). Aquest carboni és incorporat en macromolècules que contenen un 5% de carboni, fonamentalment com a substància sulfo-orgàniques.

Forat resultant d’una presa de mostres per la Curiosity dee fangolita de la formació de John Klein

Les condicions atmosfèriques de Mart són tremendament hostils a la matèria orgànica. Això explica els resultats negatius obtinguts fins ara, i que al capdavall siguem bàsicament davant d’una presència relativament anecdòtica de substàncies orgàniques. Una font d’entrada de substàncies orgàniques en el Mart actual la constitueixen els impactes de meteorits: aquestes substàncies orgàniques són ràpidament degradades per la radiació ultraviolada i constitueixen una font de metà (CH4). El CH4 atmosfèric té uns valors basals, segons el TLS del SAM de la Curiosity, de 410±16 ppb (en termes de volum). Ara bé, aquests valors basals oscil·len estacionalment des de 240 a 650 ppb, cosa difícil d’explicar per la mera degradació per ultraviolat de les substàncies orgàniques del sòl marcià o pel cicle anual de pressions superficials. A més, poden haver-hi puntes temporals en què el CH4 s’eleva fins a 7000 ppb.

Cicle hipotètic del metà en Mart, amb els possibles bescanvis entre atmosfera, litosfera i hidrosfera subsuperficial. Les dades Curiositu conviden a pensar en l’existència de petites fonts localitzades de CH4 atmosfèric, procedents de reservoris de la superfície o de la subsuperfície.

Ara com ara, el més raonable és pensar que el contingut orgànic en aquestes fangolites és d’origen abiòtic. El més remarcable és que s’hagi pogut detectar aquesta matèria orgànica fòssil. Recorda al querogen que trobem en roques sedimentàries de la Terra, el qual probablement gairebé sempre tindria un origen a partir de matèria orgànica biològica (algues, etc.). Però també trobem compostos d’una natura semblant en meteorits carbonacis, de manera que impactes amb aquests meteorits poden ésser l’origen.

Per aclarir l’origen seria convenient poder analitzar aquests compostos orgànics sense passar per la piròlisi. El sistema de preparació de mostres de la Curiosity disposa de nou copes que contenen solvent que atacaria la roca, i alliberaria els compostos orgànics nadius. Futures missions com ExoMars o Mars 2020 permetran l’anàlisi de sediments més profunds, i fins i tot la recol·lecció de mostres que podrien ser transportades fins a la Terra.

Lligams:

Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars. Jennifer L. Eigenbrode, Roger E. Summons, Andrew Steele, Caroline Freissinet, Maëva Millan, Rafael Navarro-González, Brad Sutter, Amy C. McAdam, Heather B. Franz, Daniel P. Glavin, Paul D. Archer Jr., Paul R. Mahaffy, Pamela G. Conrad, Joel A. Hurowitz, John P. Grotzinger, Sanjeev Gupta, Doug W. Ming, Dawn Y. Sumner, Cyril Szopa, Charles Malespin, Arnaud Buch, Patrice Coll. Science 360: 1096-1101 (2018).

NASA rover hits organic pay dirt on Mars. Paul Voosen (Science News).

NASA finds ancient organic material, mysterious methane on Mars, comunicat de premsa de la NASA.

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

Un gran experiment de Bell amb 97.347.490 tries binàries humanes

Les teories de la relativitat especial i de la relativitat general, formulades per Albert Einstein, també podrien denominar-se teories de la constància especial i general per a una sèrie de constants universals, com ara la velocitat de la llum en el buit o la constant de gravitació universal. Aquestes constants són constants, però, per la relativitat de l’espai i del temps. Alhora, la teoria de la relativitat general constituïa una explicació de la gravitació universal que salvava l’aparent violació del principi de localitat (que un objecte tan sols és afectat directat pel seu entorn immediat) que produïa l’acció a distància de la relativitat newtoniana. De retruc, això afecta al principi de causalitat. Albert Einstein formulà un principi de realisme local, que combinava el principi de localitat amb l’assumpció que qualsevol partícula ha de tindre un valor pre-existent per a qualsevol mesura possible. Einstein oposava aquest realisme local a algunes de les conseqüències de la interpretació que Niels Bohr i altres (“interpretació de Copenhague”) feien de la mecànica quàntica (el caràcter discret o particular dels bescanvis energètics). En el 1935, es publicà un experiment mental, obra d’Albert Einstein, Boris Podolsky i Nathan Rosen que pretenia posar en evidència la paradoxa (“paradoxa EPR” per les sigles dels autors) resultants d’aplicar la interpretació de Copenhague a dues partícules que interactuen. En el 1964, John Stewart Bell escrigué un article sobre la paradoxa EPR, a partir de la qual concloïa contràriament el teorema següent: “cap teoria física de variables amagades locals pot mai reproduir totes les prediccions de la mecànica quàntica”. Aquest teorema de Bell ha donat lloc a tota una sèrie d’experiments de Bell, que ja no són experiments mentals, sinó observacions experimentals. El passat mes de maig la revista Nature publicava els resultats de “The BIG Bell Test Collaboration“. Un experiment de Bell requereix un entrellaçament de distribució espaial, una detecció ràpida i d’alta eficiència i unes condicions de mesura impredictible. Per a la introducció d’aleatorietat a un experiment de Bell, hom ha fet ús de diferents randomitzadors físics, però com el mateix Bell va assenyalar en emprar-los hom fa ús de l’assumpció de realisme local que l’experiment hauria de refutar. Així, Bell va suggerir fer ús del lliure albiri o de la lliure tria humana. Aquesta és la font d’aleatorietat que fa servir The BIG Bell Test. A través de la pàgina web de l’experiment recrutaren uns 100.000 participants humans, que havien de jugar a un joc en-línia que els incentivava a fer tries binàries impredictibles. Durant 12 hores del 30 de novembre del 2016, els participants generaren 97.347.490 tries binàries, equivalent a un flux sostingut de 1000 bits/s. Aquestes dades foren vehiculades a 13 experiments diferents que empraven fotons, àtoms individuals, ensems d’àtom i dispositius superconductors. Les observacions contradiuen fortament el realisme local i altres posicions realistes. Avui uns dels investigadors implicats, Carlos Abellán, de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) parlava a Catalunya Ràdio dels resultats del projecte, que van més enllà de refutar el realisme local, en especial sobre un nou mètode per a garantir la seguretat de les comunicacions a través de la impredictibilitat d’aleatorietat anàlogues a la del lliure albiri humà.

The BIG Bell Test

Els experiments de Bell han permès encarar empíricament qüestions com el realisme local i el determinisme causal. Bàsicament, si hom assum que no hi ha marcs de referències preferits, o curvatures temporals tancades, si dos observadors (A i B, Alice i Bob) tenen una llibertat genuïna en la decisió de com mesurar partícules entrellaçades, llavors les partícules també han de tindre llibertat en decidir com respondre a les mesures. Però un experiment de Bell ha de tancar la qüestió de la impredictibilitat o de la llibertat de tria. S’han postulat diferents fonts per fer-ho possible, des de fonts còsmiques que abastin enormes regions del nostre univers fins a fonts humanes. The BIG Bell Test opta per aquesta segona via, aprofitant que les noves tecnologies de la comunicació poden fer treballar simultàniament milers i milers de persones en una mateixa tasca. Recórrer a aquesta font també implica tractar la idea segons la qual si voluntat humana és lliure, llavors ha d’haver esdeveniments físics sense causa.

Per aplegar les tries humanes es dissenyà el videojoc “The BIG Bell Quest”, que estimulava la generació de bits impredictibles. El jugador havia de combatre a un algoritme d’aprenentatge que cercava justament predir els inputs generats pel jugador. Els jugadors o Bellsters cometen, és clar, regularitats, marcades per una tendència excessiva a alternar 1 i 0. “The BIG Bell Test” incorporava animacions i sons, nivells progressius d’exigència i recrutament a través de les xarxes socials. El joc era disponible en set llengües (xinès, anglès, espanyol, francès, alemany, italià i català).

Com que calia sincronitzar els Bellsters amb els experiments es fixà una data concreta, el dimecres 30 de novembre del 2016. Es trià el mes de novembre pensant en el cicle d’activitat escolar, i s’optà per final de mes perquè la ressaca electoral de les presidencials nord-americanes no hi afectés gaire. La campanya de difusió en xarxes socials i en premsa fou considerable. Es generà un sistema per a la identificació de bots, per tal de què les dades que aquests bots generessin no entressin en els experiments.

Com que l’experiment era mundial, sota el signe del 30 de novembre del 2016 caben 51 hores, per bé que la majoria d’aportacions se centraren entre les 6:00 UTC del 30 de novembre a les 6:00 UTC del 31. Entre les 9:00 UTC i les 21:00 UTC, l’entrada de dades fou superior a 1000 bits per segon.

Els tretze experiments

Els tretze experiments eren els següents:
– 1. Griffith (Brisbane). Entrellaçament fotònic
– 2. EQUS (Brisbane). Entrellançament fotònic
– 3. USTC (Shanghai). Entrellaçament fotònic.
– 4. IQOQI (Viena). Entrellaçament fotònic.
– 5. Sapienza (Roma). Entrellaçament fotònic
– 6. LMU (Munic). Entrellaçament fotó-àtom.
– 7 ETHZ (Zuric). Entrellaçament de qubits superconductors.
– 8. INPHYNI (Niça). Entrellaçament fotònic
– 9. ICFO (Barcelona). Entrellaçament fotó-ensems atòmic.
– 10. ICFO (Barcelona).
– 11. CITEDEF (Buenos Aires). Entrellaçament fotònic
– 12. CONCEPCION (Xile). Entrellaçament fotònic
– 13. NIST (Boulder). Entrellaçament fotònic.

Tots els experiments oferien resultats compatibles amb la desigualtat de Bell i, per tant, en fort desacord amb el realisme local. Els resultats també assenyalen que l’agència humana és incompatible amb el determinisme causal.

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