En la biomecànica està la bellesa

Si teniu la curiositat (i el temps) d’observar el cel durant les tardes de tardor o primavera sereu testimonis d’un fenomen natural que es repeteix anualment des de fa milions d’anys i per al qual gaudim d’una posició privilegiada: la migració dels ocells. A l’hivern, desenes d’especies d’aus arriben a les nostres latituds provinent del nord d’Europa, on probablment moririen per les temperatures excessivament baixes que s’hi enregistren. Al mateix temps, unes altres desenes d’espècies segueixen el mateix instint per abandonar el nostre pais en direcció al continent africà, on els espera un hivern més moderat. Així ho fan les orenetes, els estornells o els falciots. Però qui hagi tingut la sort d’enxampar un grup d’aus de gran envergadura arribant o abandonant casa nostra, haurà pogut presenciar la característica V dibuixada al cel. Ocells com els flamencs, les cigonyes o les oques utilitzen indefectiblement aquesta disposició geomètrica en els seus viatges de llarga distància. Però el motiu pel qual adopten una formació de V en els vols llargs ha estat, fins fa poc, objecte de controversia entre la comunitat científica. Les dues hipòtesis més versemblants per a descriure aquest comportament eren el seguiment d’un líder o la cerca d’una major eficiència en el vol. Però en tots dos casos, els arguments proposats eren més intuïtius o especulatius, que no pas científics.

Recentment la revista Nature ha publicat un acurat estudi que desvetlla d’una forma contrastada la resposta al perquè d’aquesta formació. Aprofitant un projecte de reintroducció de l’Ibis ermità (l’ocell de la fotografia) a Europa, el grup de recerca (una col·laboració entre investigadors britànics, alemanys i austríacs) ha dut a terme estudis biomecànics i d’aerodinàmica del vol d’aquests elegants ocells. Els resultats, publicats el passat mes de gener, mostren d’una forma clara com els ocells sincronitzen el batec de les ales per tal de minimitzar els efectes de les corrents descendents generades pel vol del seu company de davant i, alhora, aprofitar-ne les ascendents. Resulta sorprenent veure com aquests ocells són capaços de sincronitzar el vol a un nivell tan sofisticat i, de fet, els mateixos investigadors havien desestimat inicialment la hipòtsei per ser excessivament complexa. El següent pas de la recerca és desvetllar si és la visualització dels companys o la sensibilitat a les turbulències de l’aire el que els guia per adoptar aquesta formació.

M’imagino que resulta, en certa manera, inevitable que ens mirem la natura des d’una perspectiva antropocèntrica. Analitzem els reptes de la vida i les seves solucions des del punt de vista de les nostres habilitats i capacitats, i ens resulta difícil de pensar (o d’entendre) que l’evolució hagi fet front a alguns d’aquests reptes amb eines que poc tenen a veure amb l’ús de la raó. Construir un niu en forma de bossa, seguir una migració de milers de quilòmetres o optimitzar el vol per tal d’adaptar-lo a les turbulències dels que volen a prop nostre esdevé un repte altament sofisticat per a l’ésser humà. L’evolució ha jugat amb nosaltres la carta de la raó, i és per això que des de fa milions d’anys ens enfrontem a la incertesa utilitzant pensaments lògics. No entraré ara a discutir si aquesta carta -la de la raó- ha estat o no ben jugada (personalment crec que sí), però el vol en V dels Ibis és un exemple del preu que hem hagut de pagar per absorvir informació essencialment visual, processar-la lògicament i obrar en conseqüència: perdre el potencial de l’instint i l’ús d’altres sentits diferents al de la vista per llegir el món. Crec que és un preu que val la pena pagar, però que fa encara més interessants misteris com el del vol en V, que molt elegantment han desvetllat aquest grup d’investigadors.

Referències
Nature 2014; doi:10.1038/nature12939:399-402

Tal dia com avui: Thomas Edison patenta la bombeta elèctrica

La invenció, a principis del s.XIX, de la pila elèctrica i el motor elèctric (invents d’Alessandro Volta i Michael Faraday, respectivament), va estimular la comunitat científica a buscar múltiples utilitats al corrent elèctric, entre elles, aconseguir transformar el moviment dels electrons que circulen pel cable elèctric en un dispositiu capaç d’emetre llum. Sembla ser que el primer en desenvolupar un filament incandescent fou l’americà John Wllington, l’any 1845, però la durada de la incandescència era massa curta perquè l’invent arribés a ser d’utilitat. Entre aquesta primera temptativa, i la patent de la bombeta d’incandescència, publicada per Thomas Alva Edison l’any 1880, un total de 22 inventors van treure a la llum els seus respectius prototips de bombeta.

La bombeta incandescent tal i com la coneixem avui en dia, consisteix en un filament pel qual hi passa un corrent elèctric. La curta distància entre els àtoms del material que forma aquest filament ofereix una gran resistència al pas dels electrons, que un cop entren al filament col·lisionen nombroses vegades amb els seus àtoms abans de sortir-ne per l’altre extrem. Aquests xocs múltiples dels electrons amb els àtoms del filament tenen dues conseqüències importants: La primera és la pèrdua d’energia en forma de calor i la segona és l’excitació dels àtoms del filament que, quan tornen al seu estat original (es relaxen) emeten energia en forma de llum. De fet, es calcula que només el 10% de l’energia que li arriba a una bombeta d’incandescència es transforma en llum, mentre que el 90% restant es dissipa en forma de calor.

La durada de les primeres bombetes era de fins a 2500 hores, però el 1924 el lobby de fabricants de bombetes va aconseguir que es limtés per llei a només 1000 hores. El seu argument era primar el cost de l’energia per sobre del cost de la bombeta en sí i tendir, per tant, a un filament més prim: major efeicència, però menor duració. Aquesta decisió fou denunciada per nombrosos enginyers russos i alemanys, que consideraven perfectament possible fabricar bombetes d’incandescència amb materials que les permetessin funcionar més hores amb la mateixa eficiència i que, per tant, atribuïen la decisió de l’lany 24 a una clara voluntat per part del sector d’incorporar l’obsolescència programada en els seus productes (és a dir, dissenyar-los de tal manera que el dispositiu deixi de funcionar de forma prematura i forci, per tant, a la compra d’un nou dispositiu).

Sigui com sigui, la història d’aquesta bombeta, que en realitat va començar en algun moment imprecís de 1845, està a punt d’arribar a la seva fi, ja que els governs (i els propis usuaris) l’estan desplaçant per altres bombetes més eficients energèticament com les de baix consum o les de tecnologia LED.

En el temps que a la Terra passen 25 dies, 9 hores i 7 minuts, el nostre sol completa també una volta sobre sí mateix. Aquest moviment de rotació estel·lar és, de fet, el responsable de que fa uns 4500 milions d’anys una massa de pols quedés atrapada per la seva gravetat i es posés a orbitar al seu voltant. Els planetes amb que compartim el sistema solar no són altra cosa que agrupacions d’aquesta pols i és per això que, com els altres planetes de sistemes solars coneguts, orbiten més o menys en el pla equatorial del sol. Però la ciència és exploració constant i, especialment quan es tracta de la recerca de l’univers, no es pot donar res per fet. Un grup de recerca de la NASA ha descobert per primera vegada un sistema solar que incompleix aquesta màxima. La informació primària ha vingut del telescopi espacial Kepler, llençat a l’espai amb l’objectiu d’explorar sistemes solars dins de la Via làctia. En el seu exhaustiu escrutini, el telescopi ha identificat un sistema solar situat a uns 2800 anys llum de nosaltres i format per dos planetes que orbiten al voltant del seu sol amb un angle d’aproximadament 45º. Per als terrícoles pocs avesats a la recerca espacial aquest descobriment ens pot semblar una anècdota capriciosa, però el cert és que ha suposat una gran sorpresa per a les persones que consagren la seva vida a l’exploració de l’espai. El motiu que s’amaga al darrere d’aquesta peculiar forma d’orbitar s’ha pogut esbrinar gràcies a un altre telescopi, el Keck I (aquest cop terrestre, situat a Hawaii). Aquest segon telescopi ha pogut determinar la velocitat a la qual l’estrella en qüestió viatja a través de l’espai, establint una hipòtesi per a la inclinació de les òrbites. Segons sembla, es tracta d’un joc d’atraccions segons el qual un cos celeste proper provoca una atracció gravitacional tan forta que inclina les òrbites dels planetes. Per la seva banda, els dos planetes del sistema tenen les seves translacions coordinades de tal manera que s’estiren mútuament, mantenint-se els dos en el mateix pla inclinat. Tot plegat, un batibull d’atraccions celestes que dóna una idea de fins a quin punt tots els cossos de l’univers s’influencien mútuament.

Les veritats científiques són, per definició, veritats temporals. Això no vol dir -òbviament- que tinguin poc valor, o que siguin efímeres (el temps és infinit), sinó que són vàlides fins que alguna altra veritat les supera o les complementa. En el fons, una veritat científica vindria a ser (com més o menys expressa G. Wagensberg) una explicació d’un fenomen el més versemblant possible i compatible amb totes les observacions experimentals. Qualsevol experiment que contradigui aquesta veritat, o qualsevol veritat alternativa que sigui més versemblant, anul·larà la primera. Aquest descobriment és un de tants que han trencat petits paradigmes científics, i que han requerit coratge i obertura de mires per tirar-lo endavant.

Referències
Science 2013; 342:331-334

Al ritme del sol… i de la lluna

Si ens despertem una nit cap a quarts de cinc del matí i ens posem un termòmetre (s’ha de tenir molta curiositat per fer-ho), podrem comprovar com el nostre cos assoleix una temperatura corporal mínima. Aquesta temperatura va augmentant progressivament al llarg del dia, és màxima cap a mitja tarda (a les 19:00h si fa no fa) i torna a davallar progressivament a mesura que avança la nit. És un cicle intrínsec; si mai per desgràcia ens tanquessin en una habitació sense llum, el cicle continuaria bategant exactament al mateix ritme. Però -ai l’as!- si agafem un avió i viatgem a una longitud allunyada del planeta terra, la sortida i la posta del sol reprogramaran en pocs dies el nostre rellotge biològic, fent-lo bategar de nou al ritme de la llum i la foscor, però d’una forma tan autònoma que no depèn de la sortida i la posta del sol per mantenir-lo. Són els anomenats cicles circadians, governen l’activitat de determinades funcions vitals del nostre organisme, i ja fa temps que han fascinat a estudiosos de la biologia animal.

Però i la lluna? També té un cicle regular d’uns 29.5 dies aproximadament. És també capaç de posar en marxa un rellotget que bategui de forma autònoma? Uns investigadors de la Universitat de Basilea van decidir estudiar la qualitat del son recollint registres d’electroencefalograma durant les fases de son profund (o NREM) en persones voluntàries i es van trobar amb fascinant resultat que durant els dies de lluna plena la “profunditat” del son es reduïa un 30%, el temps fins a agafar el son s’incrementava 5 minuts de mitjana i la durada total del son es reduïa uns 20 minuts. Els voluntaris, que en cap moment de l’estudi van saber quina era la finalitat d’aquest ni -per descomptat- la relació que podia tenir amb la lluna, també van manifestar un pitjor descans durant aquests dies.

El següent pas en el camí per satisfer la curiositat infinita és, evidentment, trobar els mecanismes moleculars que regeixen aquest fenomen, però -és clar- obrir una persona per extreure’n les proteïnes cel·lulars seria anar massa lluny, de manera que els científics han agafat com a model d’estudi un curiós poliquet, un cuc marí que habita els esculls de corall. Segons sembla, aquest modest animal té un cicle circadià (dia-nit) que regula les escapades per aconseguir menjar, i un cicle lunar que regula la posta d’ous. Els dos cicles funcionen de forma independent quan s’anul·la un dels dos, però s’influencien mútuament quan coexisteixen. És a dir, el cicle diari s’allarga o s’escurça en funció del moment del cicle lunar en què es troba l’animaló. El grup que ho investiga (liderat per la Dra. Tessmar-Raible, de la Universitat de Viena) ja ha trobat les primeres evidències del mecanisme molecular del cicle lunar i de la seva influència en el cicle dia-nit. No és aquest el lloc per entrar en detalls, però sembla ser que el cicle lunar no faria expressar -com es pensava inicialment- gens diferents, sinó que en modificaria la seva activitat.

Bé, ja sé que algú podria pensar que etudiar un diminut cuc que habita les barreres de corall és una elecció extremadament excèntrica i anecdòtica, però el cert és que quan es mira la natura des d’una òptica bioquímica, els humans no som tan diferents d’aquests animalons aquàtics.

Portem tants milers d’anys convivint amb el sol i la lluna que el que seria estrany és que no tinguessin cap mena d’influència sobre nosaltres. Deixant de banda el tema gravitacional (que, si bé pot actuar sobre grans masses com l’aigua, no està clar que ho pugui fer sobre nosaltres), n’hi ha prou en passejar pel camp una nit de lluna plena per prendre consciència de fins a quin punt la nit és menys nit. Les plantes no aturen del tot la fotosíntesi, alguns insectes diürns mantenen l’activitat i els mamífers depredadors es freguen les mans davant la facilitat de trobar preses. No és d’estranyar, doncs, que l’evolució ens hagi “convidat” a tenir un son menys profund durant les nits en que la natura bull d’activitat. El que trobo realment sorprenent és que el nostre cos tingui aquest automatisme capaç de continuar bategant als ritmes del sol i de la lluna fins i tot quan aquests no es fan visibles.

Referències
Resultats del grup de la  Dra. Tessmar-Raible a Nature news
Curr Biol. 2013 Aug 5;23(15):1485-8

Tal dia com avui: s’obtenen les primeres imatges de la cara oculta de la lluna

Que ningú tingui cap dubte de la meva passió pel mètode científic, però he confessar que en el fons m’agrada que la natura amagui certs tresors als ulls de la ciència. En quin moment precís es desencadenarà un part? De què està feta exactament la matèria obscura? L’aspecte de l’anomenada “cara oculta” de la lluna va ser un d’aquests misteris inquietants fins el 10 d’octubre de 1959, en que la sonda espacial soviètica Luna 3 va mostrar al món aquesta part desconeguda del nostre satèl·lit.

El motiu pel qual només veiem una meitat (bé, una mica més de la meitat) de la lluna és que la Terra i el seu astre satèl·lit s’influencien mútuament. La lluna ens provoca les marees i nosaltres “segrestem” la rotació lunar fent que una volta de la lluna sobre ella mateixa coincideixi amb una volta al voltant de la Terra. Per visualitzar-ho, mireu de girar al voltant de la taula del menjador. Primer ho feu mirant tota l’estona la mateixa paret (haureu completat la volta sense rotar sobre el vostre eix); després feu el mateix, però sense perdre de vista la taula (haureu completat una volta rotant a la vegada sobre el vostre propi eix). Com que sé que és més fàcil dir-ho que entendre-ho, us deixo una simulació de només dos minuts que ho explica de forma elegantment sintètica: http://youtu.be/OZIB_leg75Q. I per a una informació més detallada del fenòmen, aquest vell post d’una companya divulgadora .

Per cert, us heu fixat en que la cara oculta sembla tenir més cràters que l’altra? Inicialment es va pensar que era degut a que la cara interna (la que ens mira) està d’alguna manera “protegida” per la Terra de l’impacte d’asteroides, però de seguida es va postular que la distància és massa gran perquè la Terra li faci d’escut, i que això dels cràters s’explicaria més aviat pel comportament que va tenir el magma en les edats més primitives de la lluna que, per influència de la Terra, va “reomplir” més el costat visible que l’altre.

El canvi climàtic ha arribat per quedar-s’hi

Aquest any farà 25 anys de la creació del Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), un grup de treball de les Nacions Unides encarregat d’avaluar des d’un punt de vista científic quin pot ser l’abast real del canvi climàtic al nostre planeta. Sovint quan pensem en una comissió d’experts ens ve a la imaginació un grup d’homes amb bata blanca asseguts al voltant d’una taula i que, després d’una àrdua discussió de termes incomprensibles, emeten un veredicte quasi sagrat. L’escena, òbviament, no podria estar més lluny de la realitat, doncs el cert és que emetre pronòstics sobre el clima i les futures condicions de vida al planeta terra és una tasca lenta i delicada que ha portat a encerts, errors i les conseqüents incerteses, algunes justificades i les altres injustament atribuïdes. El temps, però, ha anat posant les coses al seu lloc, i a mesura que es reediten els informes sobre el canvi climàtic, les idees o valoracions febles cauen pel seu propi pes i les robustes sobreviuen al pas dels anys. Per al darrer informe sobre el canvi climàtic (emès el passat 27 de setembre i d’accés públic), els membres de l’IPCC han hagut de revisar unes 9200 publicacions científiques, moltes d’elles recolzades sobre uns fonaments que no suportarien el pes de les hipòtesis de no ser robusts i ben estructurats.

Aquest no és l’espai per exposar les novetats que el darrer informe aporta respecte dels anteriors. Algunes de les aportacions incideixen en els motius: al 2007 únicament es podia explicar un 60% de l’elevació observada en el nivell del mar, mentre que en el darrer informe se’n desglossa pràcticament el 100%. D’altres són actualitzacions del ball de xifres, com ara l’increment previst de la temperatura, que es situa en un rang d’entre 0.3 i 4.8 ºC per a finals de segle (un rang més ampli, però també amb un màxim més alt que el publicat en anteriors informes). Però en la seva nota de premsa, l’IPCC ha estat contundent en quatre idees claus:

1. La influència humana en el clima és clara.
2. L’escalfament global del planeta (tant de la superfície terrestre, com dels oceans, com de l’atmosfera) és inequívoc.
3. Si no es redueix l’emissió de gasos d’efecte hivernacle, el sistema climàtic del planeta continuarà escalfant-se de forma global.
4. L’escalfament del planeta està donant lloc (i donarà lloc) a un augment del nivell del mar, produït pel desgel de les glaceres continentals i del gel continental dels pols, així com per la pròpia dilatació tèrmica de l’aigua.

Què ho farà que ens tornem immunes als mals del nostre entorn? La violència, que ja s’ha normalitzat gràcies a la televisió; la corrupció, que s’ha convertit en una rutina per obra i gràcia de la classe política dominant i dels mass media… La cinquena edició de l’informe sobre el canvi climàtic és un exemple més d’aquesta immunitat o avorriment davant de temes importants que no pel fet de ser repetitius esdevenen menys greus. Als anys noranta, l’emissió del primer i segon informe van causar autèntiques onades mediàtiques i de debat; fins i tot es va convertir en un tema de moda. Vint-i-cinc anys després, en canvi, la notícia ha passat quasi desapercebuda. Sembla com si sentir parlar del canvi climàtic ja no estimulés les neurones de la població, que sovint para més atenció (potser per curiositat o potser per comoditat) a les hipòtesis que suggereixen que el canvi climàtic no és tan alarmant com s’havia dit o que la influència humana (i, per tant, tot allò que podem fer per evitar-ho) no és tal com s’havia denunciat. És cert, que la comunitat científica ha comès errors d’apreciació al respecte, i que certes xifres s’han hagut de relativitzar amb el pas del temps, però vint-i-cinc anys de recerca, prediccions i contrastació de la veracitat d’aquestes prediccions són molts, i considero que aquelles idees fonamentals que han perdurat revisió rere revisió no haurien de ser trivialitzades. La vida al Planeta Terra no desapareixerà (si més no, no en els propers segles), però les nostres generacions futures ens maleiran per no haver impedit que les condicions de vida per a l’espècie humana empitjorin fins a límits difícilment reversibles.

Referències
Recull d’articles temàtics i resumits de la revista Nature
Climate change 2013 (Informe de l’IPCC)
Nota de premsa de l’IPCC sobre el darrer informe

Molècules que ressuciten quan es fa fosc

Sense ànim de sembrar la paranoia col·lectiva, he de començar el post advertint que allò que entenem per “aigua fresca” (d’un riu, d’una font o fins i tot d’una garrafa) conté, en realitat, restes de certes molècules contaminants que difícilment es poden eliminar durant la potabilització. D’entre els clàssics infiltrats en la nostra preuada i cristal·lina aigua potable hi trobem els anomenats disruptors endocrins. Es tracta de molècules amb capacitat d’alterar els cicles hormonals animals (per si algú no s’ha sentit al·ludit, afegirem “inclosa l’espècie humana”). Es troben en quantitats molt petites, i encara s’està investigant quines implicacions pot tenir a la llarga en els humans, però el que la ciència ja pot afirmar és que modifiquen certes característiques sexuals en els animals aquàtics (peixos, crustacis), provocant fins i tot hermafroditisme (presència de l’aparell sexual masculí i femení a la vegada). Sigui com sigui, un dels aspectes que contribuïa a que miréssim cap a una altra banda sense patir una torticolis aguda per remordiment de consciència era la certesa de que moltes d’aquestes substàncies es degradaven (i, per tant, deixaven de ser actives) amb l’exposició a la llum del sol. Recentment, però, uns científics de la Universitat d’Iowa han posat aturador a tanta felicitat, demostrant que algunes d’aquestes substàncies que “morien” en ser exposades a la llum solar, “podien tornar a la vida durant la nit”. Els experiments s’han dut a terme amb un contaminant provinent de les hormones utilitzades per engreixar bestiar (prohibit, pel que es veu, a Europa, però molt utilitzat als EEUU), i l’equip d’investigació que els ha dut a terme (dirigit pel Dr. Kolodziej) encara se’n fa creus. Els nordamericans, que gaudeixen d’allò més posant-li un toc de color a les notícies, ja ho han titulat amb un “Hormone disruptors rise from the dead” (Els disruptors endocrins ressuciten de la mort).

Un cop més, la natura ens demostra que quan un científic et mira als ulls i et diu “això no suposa cap risc; hem demostrat que…” cal recordar que les veritats científiques són veritats fins que es demostra el contrari. Òbviament, això no vol dir que no ens haguem de creure res del que demostra i consensua la comunitat científica (a les nostres llars tenim milers d’exemples que demostren fins a quin punt hi podem confiar), però ull viu amb tot allò que fa referència als efectes a llarg plaç d’una molècula, una força o un fenomen en general. Des d’un punt de vista del mètode científic és molt fàcil demostrar l’efecte d’una molècula sobre el cos humà, però molt difícil garantir-ne la seva innocuïtat.

Referències
State of the Science of Endocrine Disrupting Chemicals 2012 (WHO, 2012):
http://www.who.int/ceh/publications/endocrine/en
Qu, S. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1243192 (2013).

Tal dia com avui: Es publica el Manifest Pugwash

Albert Einstein va definir el dia de la caiguda de la bomba atòmica a la ciutat d’Hiroshima com “el més negre de la meva vida” i Robert Oppenheimer, pare de la bomba, va fer famosa aquella frase: “Maleeixo el meu cervell”. Eren científics obcecats per la recerca, cecs a qualsevol cosa que no fos el propi descobriment científic, fins al punt de no valorar quines conseqüències podia tenir aquella tecnologia en la resta d’éssers vius. Però la ciència no és neutral i es va iniciar un important debat dins la comunitat científica sobre la falsa independència del científic en la carrera armamentística. El gest definitiu va venir de la mà del filòsof i matemàtic britànic Bertrand Russell, que va esperonar els científics perquè assumissin responsabilitats pels seus actes. Russell va enviar una carta a Einstein proposant-li que convoqués una conferència de científics amb el propòsit de discutir quines accions calia dur a terme per tal d’evitar una guerra nuclear. Einstein va acollir aquesta proposta amb els braços oberts. “Hem de preguntar-nos què podem fer per impedir un conflicte armat el resultat del qual només pot ser catastròfic per a totes les parts”. Si bé Albert Einstein va morir abans de que la trobada tingués lloc, el projecte va tirar endavant i va culminar el 9 de juliol de 1955 amb l’elaboració d’un manifest signat per onze científics de fama mundial a la ciutat de Pugwash, Nova Escòcia. El manifest Pugwash, també conegut com “manifest Russel-Einstein”, va suposar una històrica ruptura amb l’auto indulgència de la comunitat científica respecte les conseqüències que poguessin tenir els usos dels seus descobriments.

Han passat cinquanta-vuit anys des d’aquell gest i sembla ser que cap descobriment científic ha tingut un impacte tan ràpid i destructiu com l’energia atòmica. Però el cert és que el debat sobre les conseqüències nocives dels descobriments científics està lluny d’ocupar un lloc destacat dins la pròpia comunitat científica. Estem entrant en terrenys tan pantanosos (a mig i llarg termini) com la manipulació genètica, la creació de nous organismes unicel·lulars o l’alteració del clima a voluntat i, en canvi, sembla que el debat sobre les conseqüències d’aquesta recerca es produeix més a fora que a dins de la comunitat científica. Esperem no haver de viure un nou Hiroshima per tal que es torni a obrir un parèntesi en aquesta obcecació cega per la recerca.

Tal dia com avui: Es publica l’estructura de l’ADN

Permeteu-me que avui m’enrolli més; no només la temàtica s’ho val, sinó que avui celebro el meu aniversari…

---

El jove biòleg James Watson i el físic Francis Crick van ser considerats durant un temps els bufons del laboratori de Cavendish (Cambridge) per la seva forma poc ortodoxa de buscar l’estructura de l’ADN. Els companys que passaven pel seu laboratori se’n feien creus de que aquell parell d’investigadors desmuntessin els suports per a tubs d’assaig i matraus del laboratori i els reconvertissin en una mena de “mecano” per donar forma als diferents models tridimensionals que podrien explicar l’estructura de l’ADN. Però aquesta és només una de les moltes anècdotes que s’amaga darrere la història d’aquest descobriment, i és que el camí per al descobriment de la doble hèlix d’ADN és el resultat final de disputes, traïcions, enveges i, sobretot, passions.

Resulta molt difícil fer un resum ràpid del bodevil que es va viure a Cambridge durant aquells anys, per no dir que segurament hi haurà tantes versions com joglars que narrin la llegenda, però un dels aspectes més controvertits (o sucosos) de la història és el paper de Rosalind Franklin, una jove investigadora que treballava a uns quilòmetres de Watson i Crick, però amb qui amb prou feines s’haguessin saludat si s’haguessin creuat pel carrer.

Posem la pel·lícula en context:

Per un costat tenim a Rosalind Franklin (i el seu estudiant Raymond Gosling), que va optar per una estratègia investigadora més experimental. Franklin es dedicava o obtenir cristalls d’ADN i difractar-los (fotografiar-los) amb un aparell de raig X. Aquesta tècnica, encara utilitzada avui en dia per a esbrinar estructures de grans molècules com ara proteïnes, proporciona una estranya fotografia (anomenada “patró de difracció”) que, degudament interpretada, pot donar una idea força acurada de l’estructura d’aquella molècula. Doncs bé, segons sembla Franklin era una experta obtenint aquests patrons de difracció i, de fet, posseïa la millor fotografia de l’ADN que el món havia obtingut mai. Però la interpretació d’aquestes imatges no és trivial, i la que en va fer Franklin s’allunyava excessivament de la realitat.

Per altra banda tenim al tàndem Watson i Crick, que duien a terme una recerca més teòrica i que consistia essencialment en agafar totes les dades conegudes sobre aquesta molècula i construir models (tipus mecano) que fossin coherents amb aquestes dades. Però ai l’as! Resulta que les imatges que tenien ells de l’ADN eren més aviat precàries, i no els permetia obtenir-ne prou dades com per acabar el trencaclosques.

Com bé us podeu imaginar, una col·laboració entre els dos equips hagués estat realment prolífica, però les relacions humanes són complicades de mena. Segons sembla Franklin es resistia a cedir les seves imatges. Quan finalment, diguem-ho d’una forma neutral, Watson i Crick van tenir accés a aquestes imatges, van poder obtenir unes dades crucials per a la construcció del seu “mecano” que, ara si, es corresponia amb l’estructura tridimensional de la molècula d’ADN.

Si bé les imatges de R. Franklin van ser essencials per a l’elucidació de l’estructura final (reconegut posteriorment pels propis autors), el fet que no es tractés d’una col·laboració va excloure a Rosalind Franklin de la publicació final, on ni tan sols es citen les imatges de la jove cristalògrafa. Rosalind Franklin va morir prematurament cinc anys més tard d’aquesta publicació, mentre que James Watson i Francis Crick, juntament amb el seu director, van rebre el nobel de fisiologia nou anys després de la publicació dels resultats. Franklin va quedar descartada d’aquest premi ja que, segons l’acadèmia dels premis nobel, mai s’atorguen guardons de forma pòstuma, de manera que ens quedarem sense saber si la història dels premis nobel hagués reconegut a Rosalind Franklin la seva contribució al descobriment de l’estructura de l’ADN, redactant un final feliç per a aquesta història.

Un darrer apunt

Els descobriments científics sempre són el resultat d’un cocktail de serendipitat (el que es malanomena “casualitat”), deductivisme purament teòric i empirisme o informació experimental. Però hi ha un quart element, aparentment molt poc científic, que és l’olfacte o la intuïció. No es tracta d’una cosa innata, ni màgica, sinó d’un sentit que desenvolupa aquell que ha estat anys investigant amb la ment oberta. La conversió entre les difraccions de raig X de Rosalind Franklin i l’estructura tridimensional no era gens trivial, i un dels factors que va guiar a Watson i Crick fins a l’estructura final va ser quelcom tan intuïtiu com la bellesa. Segons diuen els propis autors, la bellesa i harmonia de l’estructura que van trobar era tal que costava d’imaginar que la natura hagués escollit un disseny més groller o barroc per a la molècula de la vida.

Us deixo amb un document preciós i de gran valor divulgatiu que em va arribar a la pantalla fa uns dies. Es tracta de la traducció d’una carta que Francis Crick va escriure al seu fill explicant la descoberta que estaven a punt de fer:

http://www.cuantaciencia.com/ciencia/hijo-crick-estructura-adn

El dopatge de les abelles

Ens anuncien l’arribada de la primavera i acudeix a la nostra ment la postal cognitiva d’un cel blau i nítid, coronat per un sol radiant que escalfa un prat de colors mentre una munió d’insectes es passegen de flor en flor. Només hi falten uns violins de Vivaldi anunciant l’arribada del bon temps, i és que la pol·linització és una de les estampes més bucòliques i paradigmàtiques de la primavera. Però allò que per a nosaltres és una escena relaxada i pacífica, a la natura constitueix un autèntic acte de supervivència orquestrat, com tantes altres vegades, per una forta competència i afany de reeixir per sobre dels demés. De fet, el procés de pol·linització mediat pels insectes és fruit d’una rivalitat de milions d’anys d’evolució durant els que cada planta ha buscat les seves estratègies per tal que els insectes acudeixin a les seves flors i no a les del veí. N’hi ha que juguen la carta de produir més nèctar que les demés, d’altres han desenvolupat flors ben grans i acampanades per tal d’oferir confort i refugi als pol·linitzadors, i algunes fins i tot han dibuixat als seus pètals autèntiques pistes d’aterratge (només visibles amb la llum ultraviolada) per posar-ho més fàcil als insectes convidats. Però com s’ha explicat en entrades anteriors d’aquest bloc, la química és, sens dubte, la principal via de comunicació entre els insectes i les plantes.

Recentment uns investigadors de la Universitat de Newcastle (Anglaterra) han fet una descoberta que afegeix el dopatge a la llista d’estratègies que les plantes tenen a l’abast per tal de guanyar aquesta competició pel pol·linitzador. Ja fa alguns anys que es va descobrir, amb certa sorpresa, que el nèctar de les flors d’algunes plantes relacionades amb la planta del cafè contenien una quantitat significativa de cafeïna. Després d’uns anys d’especulació sobre quin podia ser el paper d’aquesta substància activa en les abelles (principals pol·linitzadors de les plantes del cafè), el grup de recerca de Newcastle ha publicat els resultats d’uns acurats estudis de comportament que posen llum sobre l’efecte que aquesta cafeïna pot tenir.

És sabut que en les distàncies mitges i llargues, les abelles utilitzen l’olfacte (l’òrgan del qual està ubicat a les antenes) per tal d’identificar les possibles fonts d’aliment floral. Un cop arribades a la flor, el seu petit cervell ha de realitzar un procés d’aprenentatge per tal de relacionar la olor que les ha portat fins allà amb el premi que han obtingut en arribar-hi. Aquest aprenentatge és clau per tal que la següent vegada no hagin d’iniciar de nou el procés de prova i error fins arribar a la font d’aliment. Segons sembla, en aquest procés d’aprenentatge, la cafeïna del nèctar estimularia la memòria de les abelles, facilitant el procés de relacionar l’olor que les ha portat fins a la flor amb el fet d’haver obtingut un sucós aliment. L’estudi realitzat pel grup de Newcastle, publicat recentment a la revista Science, comparava el procés d’aprenentatge de les abelles quan el nèctar contenia petites dosis de cafeïna o quan no en contenia gens. Els resultats van mostrar que aquest aprenentatge era tres vegades més eficient en presència de la cafeïna que en absència d’aquesta. Si bé encara és d’hora per dibuixar els mecanismes fisiològics precisos que governen aquest comportament, l’equip de recerca ha identificat certes regions del cervell de les abelles que s’activen en presència de la cafeïna.

Intel·ligència o automatisme? Hi ha algun factor qualitatiu que separi el pensament humà del de la resta d’animals? O la intel·ligència entre els diferents animals és, per contra, una qüestió únicament quantitativa (de diferents graus d’intel·ligència, per dir-ho així)? El pensament és allò que ens evita reaccionar de forma automatitzada davant d’un estímul. Estem asseguts a una butaca mirant un quadre i algú obre la porta. Segurament l’instint autòmat ens faria girar el cap immediatament cap a l’origen del so, però la nostra capacitat de pensar, de jutjar, ens atorga la llibertat de continuar llegint en cas que el nostre aprenentatge ens suggereixi que allò és un acte quotidià que no mereix més atenció o alarma. Mirat des d’aquest punt de vista no podem negar que un goril·la o un ximpanzé són animals intel·ligents. Potser el grau d’intel·ligència, mesurat quantitativament pel nombre de decisions possibles o el grau de sofisticació del raonament, sigui menor que el d’un ésser humà; però a nivell qualitatiu no podem dir que hi hagi diferències (és a dir, no podem dir que nosaltres ho som i ells no). Què passa, però, quan apliquem aquest criteri a altres animals? És intel·ligent un gos? i un ratolí? i un llargandaix? i una mosca? Hi ha algun moment en que la intel·ligència deixa de ser un grau (un animal és més o menys intel·ligent) per esdevenir un atribut (un animal és intel·ligent o no ho és)? El debat sobre les diferències en el pensament animal no està, ni de lluny, tancat, i els insectes semblen un grup d’animals fascinant per formular-se aquestes preguntes. Per una banda trobem arnes que volaran irresistiblement cap a un estímul feromonal de forma automatitzada, però per l’altra coneixem insectes socials (com el cas de les abelles que prenen cafeïna) que en rebre un estímul olfactiu “escolliran” seguir-lo o no en funció d’un aprenentatge basat en experiències passades. Això ens porta irremediablement a la pregunta del principi: És aquest procés mecanísticament diferent al de la nostra memòria o els nostres raonaments? O es tracta únicament d’una diferència quantitativa, del nombre de coses que nosaltres podem recordar i processar en relació al que poden fer les abelles?

Referències
Science. 2013; 339(6124): 1202-04