Tal dia com avui: Neix Alexander Oparin, autor de “L’origen de la vida”

Oparin

Exceptuant religiosos molt convençuts o agnòstics extremadament escèptics, la majoria de les persones tenim a dia d’avui el convenciment de que la ciència ja té més o menys resolt (o, si més no, encaminat) l’enigma sobre l’origen de la vida a la Terra. El cert, però, és que l’any 1894, quan Alexandr Oparin va arribar al món, el debat sobre l’inici de la vida al planeta encara estava calent. De fet, feia només trenta anys que Louis Pasteur havia dilapidat la teoria de la generació espontània, acceptada per bona part de la comunitat científica i segons la qual la matèria orgànica acabava generant formes de vida pel sol fet d’incubar-la en condicions adequades. En ple debat sobre com es podria haver format vida a la Terra, aquest científic, bioquímic de formació, va ser un dels pioners en teoritzar sobre aquesta qüestió. Oparin va fer ús dels seus coneixements de física, geologia i astronomia per tal de destriar quins elements o quines molècules podien formar part de la Terra en l’era prebiòtica i quines transformacions químiques es podrien haver donat en aquelles condicions. Ja fos amb reaccions químiques descobertes per ell mateix o combinant descobriments d’altres químics, Oparin va traçar tota una ruta sintètica (lenta, però espontània en les condicions de la Terra prebiòtica) per a l’obtenció de sucres, lípids i proteïnes a partir de components probablement existents en aquell planeta primitiu.

En una època (primer terç del s.XX) en que el materialisme històric s’estava erigint com a fonament filosòfic de mitja Europa, la teoria d’Oparin no només va tenir un impacte científic, sinó també polític i filosòfic, doncs constituïa un gest més del triomf de la raó per sobre els dogmes de fe, i ho feia en un tema tan delicat per a les religions com és l’origen de la vida. Tant és així, que els seus descobriments (recollits a “L’origen de la vida“) li van fer valdre, entre d’altres, el títol d'”Heroi del treball socialista” o el “Premi Lenin”, atorgats pel Partit Comunista de la Unió Soviètica.

Anuncis
Publicat dins de Biologia, Efemèrides | 1 comentari

Tal dia com avui: Es publica el primer esborrany del genoma humà

Genoma humà

Finalment, després d’onze anys i 3.000 milions de dòlars, el primer esborrany del genoma humà va veure la llum a les revistes científiques. El famós rotatiu Nature va publicar l’article el dia 15 de febrer de 2001, mentre la seva homòloga nordamericana Science ho va fer el dia següent. Els autors estimaven que el genoma humà està format per entre 30.000 i 40.000 gens, però el que va ressonar més a la premsa generalista va ser el fet que aquesta xifra amb prou feines doblava el nombre de gens que se li atribueix a un cuc (Caenorabditis elegans) o a una mosca (Drosophila melanogaster). La publicació d’aquesta base de dades, però, no va ser més que el tret de sortida de la recerca del genoma. Així, tal i com explica el post “Més enllà del genoma“, a dia d’avui tenim una idea una mica profunda de poc més de l’1% d’aquell genoma que es va publicar ara fa dotze anys.

Paral·lelament al projecte de seqüenciació del genoma finançat públicament, la corporació Celera també havia iniciat una cursa per enllestir la faraònica tasca. No obstant, el gener del 2000 el govern de Bill Clinton va decretar, en un gest històric, que el genoma humà no podia ser patentable i que havia d’estar a l’abast de tota la comunitat científica. Aquesta decisió va provocar una brusca caiguda de l’índex NASDAQ biotechnology i unes pèrdues del mercat biotecnològic estimades en 50 milions de dòlars durant els dos anys següents, però va acabar de forma contundent amb una pugna (la reivindicació per part d’algunes companyies privades de poder patentar gens) que, més enllà de les connotacions ètiques que podia comportar, hagués endarrerit l’exploració i recerca del nostre genoma. Gràcies a aquella històrica decisió, dotze anys més tard les seqüències que formen els nostres gens són encara d’accés públic i obert per a qualsevol persona que vulgui agafar el relleu de la recerca allà on ho va deixar el consorci del Genoma Humà.

Publicat dins de Biologia, Efemèrides | 2 comentaris

La higiene de les paneroles

Cockroach_spotlight

Hi ha animals que ens cauen en gràcia i d’altres que, en canvi, arrosseguen pesades etiquetes de despreci. És inevitable; els prejudicis socials, els arquetips o les coses que associem a cada bestiola ens la poden fer agradar o detestar. En aquest sentit, la major part de mamífers ens cauen en gràcia, i fins i tot el porc, que s’alimenta amb una ansietat expansiva com si cada àpat fos l’últim, és capaç de commoure’ns quan el veiem en forma de cria ensumant l’objectiu d’una càmera de televisió. La classe (nivell taxonòmic) dels insectes, en canvi, no gaudeix de tanta condescendència. Potser tenen la desgràcia de pertànyer a una escala de mides de la que no en podem apreciar els detalls, o potser sigui el pessigolleig que el seu moviment ràpid (i aparentment erràtic) produeix per damunt la nostra pell. El cas, però, és que sense massa motiu aparent odiem els artròpodes de sis extremitats que van movent les seves antenes en busca d’estímuls. En aquest sentit, una de les espècies que en surt més malparada és la dels escarabats. No tant els piloters, que encara ens fan certa gràcia amb els seus moviments patosos i lents, sinó els de cuina (les paneroles), que corren pel terra de la cuina o de la dutxa i ens ericen els pèls de l’esquena només de pensar en el “crec” que faran quan els aixafem. Els associem a la manca d’higiene i, de fet, és prou cert que la seva proliferació depèn estrictament del fet que puguin trobar restes d’aliments per algun forat de la cuina, però quan ens mirem les coses des de la seva escala, resulta que aquestes bestioles són extremadament netes, molt més (per descomptat) que aquell porquet que ens feia riure quan saludava a la càmera.

Aquest mes de febrer la prestigiosa revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Science) ha fet públic un estudi en que s’evalua el que en anglès s’anomena grooming, activitat que realitzen els animals per mantenir neta la seva pell o el seu pèl. Resulta que les llargues antenes de les paneroles són el seu òrgan principal de comunicació amb l’entorn. Les antenes els permeten trobar l’aliment, trobar la parella o fins i tot allunyar-se dels depredadors, però per tal que aquestes funcionin a ple rendiment és imprescindible que la seva superfície estigui permanentment neta i lliure d’impureses. Les paneroles, com tots els insectes, secreten una mena de cera que els permet impermeabilitzar la cutícula. A més, tal i com s’ha dit anteriorment, tenen la desgràcia d’haver de buscar el seu aliment per aquells racons on s’acumula la nostra brutícia, fet que les obliga a estar constantment envoltades de residus orgànics. Segons han pogut constatar les investigadores del treball (col·laboració entre un laboratori rus i un de nordamericà), les paneroles afronten aquest problema netejant-se constantment les llargues antenes. Tal i com mostra el vídeo, si ens les mirem de ben a prop podrem veure com les bestioles es llepen obsessivament les antenes per mantenir-les netes. El bloqueig d’aquesta activitat, en canvi, les inhabilita per poder dur a terme les seves activitats comunicatives.

Mirats amb la perspectiva que correspon, doncs, podríem dir que els escarabats de cuina són uns éssers extremadament nets, amb uns hàbits higiènics fins i tot més obsessius dels que puguem tenir nosaltres, però marcats per una etiqueta obscura originada, probablement, del fet que s’alimenten justament dels nostres hàbits poc higiènics a la cuina.

Tan a prop i tan lluny a la vegada.  Suposo que és natural tendir a trobar virtuts en aquelles espècies animals que són més semblants a nosaltres. Admirem coses del comportaments dels gats, dels gossos o dels conills en part perquè són mamífers, hi notem certes semblances i estan en una escala en la que ens podem equiparar fàcilment. Els insectes, en canvi, els tenim sovint molt més a prop, però la distància evolutiva i de mida que ens separa fa que apreciar-ne les virtuts no ens resulti tant espontani. Si poguéssim apropar-nos-hi, però, descobriríem un món fascinant i molt més evolucionat del que els prejudicis simplistes ens fan veure. No tenen sistema límbic i, per tant, assumim que tampoc tenen sentiments ni perceben emocions, però dins la classe dels insectes hi trobem formigues que s’orienten pel desert calculant la posició del sol, d’altres que ho fan guiats per la via làctea, hi trobem insectes socials, com les termites, amb un grau d’organització espectacular, capaces de construir una ciutat amb “llars d’infants”, “magatzems”, etc.; o d’altres, com les abelles que han desenvolupat un llenguatge prou sofisticat  (més que alguns dels mamífers que poblen el planeta) com per explicar a les seves companyes la localització exacta d’un camp de flors.De vegades les mides ens separen i des de la nostra veiem rudesa i insignificància on en realitat hi ha tot un món de bellesa i sofisticació. Com sempre, però, per estimar s’ha de conèixer.

Referències
PNAS 2013; doi: 10.1073/pnas.1212466110

Publicat dins de Biologia | 2 comentaris

Esferificacions i química gastronòmica

esferificacionsDarrere el procés de cuinat dels aliments s’hi amaga una química interessantíssima, complexa i menys coneguda per la ciència del que molta gent s’imagina. Els aliments estan formats de molècules molt diverses que es van transformant en aplicar-hi calor, però el resultat final d’aquesta transformació depèn d’una infintat de factors tan gran que difícilment es podria predir el desenllaç abans de començar a cuinar un plat totalment nou. Tota una paleta de reaccions químiques de condensació, de neutralització, d’intercanvis iònics, d’oxidacions o d’emulsió de substàncies amfipàtiques estan potencialment a punt per produir-se. La forma com hi apliquem la calor, els ingredients que hi fem intervenir, el temps de cocció o, fins i tot, l’ordre i el moment en que afegim els ingredients, acabaran determinant el gust i la textura finals del plat.

Aquesta relació entre la cuina i la química, però, tot just està començant a conquerir el nostre imaginari col·lectiu. Potser és que resulta d’antuvi massa complex, o potser sigui perquè hi ha una dosi massa gran d’art, però avui dia resulta extremadament difícil trobar científics que dediquin el seu temps a investigar aquests processos i poques són les revistes de química que acabin publicant articles referents a què succeeix dins una paella quan hi tirem un ou i comença a canviar de textura, de color i de gust.

Un dels personatges que, sens dubte, ha esperonat l’interès de la cuina per la ciència i viceversa ha estat Ferran Adriá. Més enllà dels plats sofisticats que pogués oferir El Bulli en el seu moment, Adriá ha estès la mà a la ciència per iniciar un camí plegats posant en marxa, entre d’altres, la fundació Alícia, un espai d’experimentació gastronòmica on, a més, s’hi creen plats fàcils de cuinar, gustosos i alhora aptes per a diabètics, celíacs i altres persones amb alteracions metabòliques que els priven d’una part important del nostre espectre gastronòmic.

No conec amb profunditat les aportacions de Ferran Adriá a la cuina, però sens dubte la que ha adquirit més fama és l’esferificació de pràcticament qualsevol cosa. Algú podria pensar (de fet, en algun moment se’l va acusar injustament d’això) que Ferran Adriá utilitza alguna mena d’additiu industrial que, de forma prefabricada, transforma els aliments en boletes, però el cert és que l’esferificació dels aliments líquids o semilíquids és una reacció química que requereix un control meticulós de les proporcions i del temps. Els ingredients clau (o reactius limitants, depenent de si ho llegiu amb ulls de cuinera o de científica) per aquesta esferificació són, d’una banda, l’alginat sòdic (una substància mucosa, un polisacàrid químicament parlant, extreta d’algunes algues marines), i de l’altra una sal de clorur de calci (present al mar de forma natural, tot i que en petites quantitats, i que ve a ser com la sal domèstica, però que té calci enlloc de sodi).

Representació esquemàtica de l'esferificació d'un suc de taronja. A: Suc de taronja i alginat. B: Solució de clorur càlcic.

Representació esquemàtica de l’esferificació d’un suc de taronja. A: Suc de taronja i alginat de sodi. B: Solució de clorur càlcic.

Tal i com es mostra a la figura de l’esquerra, el líquid que es vol esferificar es barreja amb l’alginat de sodi i es deixa caure a un bany que conté aigua amb clorur càlcic a una concentració tal que les densitats del bany i de l’aliment siguin pràcticament iguals. Al entrar en contacte la gota amb el bany es produeix un rapidíssim intercanvi d’ions que donen lloc a la formació d’alginat càlcic just a la superfície de contacte entre els dos líquids (i clorur sòdic, sal comuna, al bany), formant una mena de membrana d’alginat que envolta el líquid alimentari. Com que la membrana no és del tot impermeable, els ions calci continuen entrant a dins l’esfera i engruixint la paret per dins fins que el cuiner (o el químic) interromp el procés rentant les boletes amb aigua corrent.

El resultat final és l’obtenció d’una mena de boles de caviar que darrere d’una aparença gelatinosa hi amaguen un sorprenent gust intens a allò que contenia el primer líquid. La parafernàlia d’aquest procés (que, un cop posat a punt, resulta relativament senzill) li pot donar una imatge de procés artificiós, propi d’un laboratori de química on a ningú no se li acudiria ni tan sols treure l’entrepà. Però el cert és que cap dels ingredients que hi participa ha estat més processat que el sucre que ens posem al cafè o la cervesa que bevem quan fa calor.

Tradició o ciència? Més enllà de l’opinió que hom pugui tenir sobre el caire elitista que ha adquirit la cuina de disseny, una de les crítiques (en la meva opinió infundades) que va rebre Ferran Adriá va ser la de “fer entrar la química a la cuina”. Tal i com he escrit al cos del post, la química ha estat fortament lligada a la cuina des de l’origen d’aquesta. En podem ser més conscients o menys, ho podem anomenar amb terminologia química o culinària, però la transformació dels aliments en plats cuinats no només ha sofert un procés experimental de descobriment i de refinament similar al de les reaccions químiques, sinó que en ocasions ha esta gràcies a la cuina que la química ha après a transformar els materials. És possible que alguns dels canvis que ha viscut cuina hagin estat introduïts de forma gradual, a base de petites contribucions que han arribat a definir un plat tradicional. Però el cert és que, com en qualsevol altra activitat ancestral, també hi ha receptes que no existirien si algú, en algun moment de la història, no hagués anat més enllà de la tradició del moment incorporant una nova idea o concepte, aportant solucions a un problema concret o, simplement, innovant per trobar-hi un punt de diferència. Desconec, per exemple, si novetats com el vi Oporto o la maionesa van ser inicialment mirades amb recel, però ambdós van ser aportacions força ràpides, fruit probablement d’un grup reduït de persones, i que la història ha beneït fent-los passar d’una idea trencadora a una tradició establerta.

Innovar no vol dir desprestigiar el que s’ha fet fins ara; ben al contrari, si es fa amb bones intencions i il·lusió creativa pot servir per ampliar aquest “el que s’ha fet fins ara”.   En aquest sentit, la cuina de disseny ha aportat una infinitat d’idees sobre la manipulació i transformació dels aliments en gustos complexos. Ara li toca a la història jutjar si el gust obtingut, la facilitat de preparació o el cost els fa meritoris de convertir-se en tradicions gastronòmiques o no.

Referències
Gastronomia interfacial (Claudi Mans, 2011)

Publicat dins de Química | Deixa un comentari

Tal dia com avui: Neix Isaac Newton

Newton

La natura i les lleis de la natura estaven amagades en la nit; Déu digué “Que hi hagi Newton” i tot va ser llum. Aquest epitafi, escrit pel poeta Alexander Pope, però no inscrit a la tomba per oposició de l’Abadia de Westminster, defineix quasi sense exagerar la contribució que Isaac Newton ha fer a la ciència. M’atreviria a dir que cap altre personatge a la història de la ciència ha aportat tant sobre les lleis que governen la natura com Isaac Newton.

Newton va descriure la llei de la gravitació universal i les tres lleis del moviment en que es basa tota la mecànica clàssica utilitzada avui en dia en la física macroscòpica i en enginyeria; va desciure també com es produeix el moviment orbital d’aquells cossos que no es desplacen linealment sinó circularment; en el camp de l’òptica va descobrir com la llum es descomposa en els diferents colors de l’espectre i va predir que aquesta no estava formada només d’ones, sinó que es comportava com una partícula, un concepte que abordaria segles més tard la física quàntica; va proporcionar una demostració matemàtica de les lleis de Kepler sobre el moviment dels planetes i va predir les trajectòries dels cometes, descobriments que el van portar a la invenció (juntament amb G. Leibnitz) del càlcul infinitessimal, una eina matemàtica essencial per a l’estudi de les ciències exactes d’avui en dia.

Des d’un punt de vista personal, el caràcter de Newton era particularment discret i solitari. Justament en el desenvolupament del càlcul infinitessimal hi trobem un exemple que mostra fins a quin punt aquest científic brillant anava a la seva. Explica la història que Halley el va anar a visitar obsessionat per trobar una demostració matemàtica a les experimentals lleis de Kepler. El bo de Halley li va preguntar com seria l’òrbita d’un planeta sotmès a una força d’atracció cap al sol inversament proporcional al quadrat de la seva distància. Newton li va contestar immediatament que havia de ser el·líptica. Halley no va dubtar a preguntar-li com ho sabia. “Com? Ho he calculat”. Resulta que Isaac Newton havia desenvolupat un nou sistema de càlcul, havia calculat com havien de ser les òrbites dels planetes i no ho havia dit a ningú. De fet, devem a l’estupefacció de Halley gran part de l’herència intel·lectual de Newton, doncs va ser ell qui el va animar a publicar-ho i va finançar l’obra mestra d’Isaac Newton: “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica”

Com veieu, un personatge ben curiós, amb una visió privilegiada dels engranatges del món i mogut per una curiositat tan simple i sincera com la que pugui tenir un nen quan observa la natura. Mai sabrem del cert si va ser per humilitat o per excentricitat, però així es va definir ell mateix cap al final dels seus dies:

No sé com em deu veure el món, però al meu entendre, em sembla que he estat només com un nen que juga a la vora del mar, i que es diverteix buscant de tant en tant una pedra més polida i una conquilla més bonica del normal, mentre que el gran oceà de la veritat s’exposava davant meu completament desconegut.

Publicat dins de Efemèrides, Física | 3 comentaris

Tal dia com avui: Darwin salpa a bord del Beagle

Beagle
Charles Darwin tenia només vint-i-dos anys quan va rebre la invitació d’embarcar-se com a naturalista a bord de l’HMS Beagle, un vaixell de la marina reial britànica que havia de cartografiar la cosa d’Amèrica del Sud. Era una posició d’ajudant de capità no remunerada que va despertar la oposició del seu pare per considerar-ho una pèrdua de temps. Finalment, però, el 27 de desembre de 1831 el jove Darwin va salpar a bord del Beagle en un viatge que assentaria les bases de la teoria de l’evolució de les espècies.

Els cinc anys que va durar el viatge van donar a Darwin temps suficient com per recollir nombroses mostres tant fòssils com del moment dels territoris on atracava el vaixell, però també li van donar temps per pensar i anar escrivint les seves anàlisis i hipòtesis personals. Les troballes del registre fòssil estretament relacionades amb criatures vivents presents únicament a Amèrica del Sud ja li van fer començar a pensar en una constant transformació de les espècies animals. Però segurament les proves més convincents d’aquesta teoria les va trobar a l’arxipèlag de les Galapagos, un conjunt d’illes de l’oceà Pacífic on hi va poder observar i catalogar espècies que havien quedat aïllades i que havien evolucionat, per tant, de forma independent a les espècies trobades al continent. L’estudi morfològic i de comportament d’aquests animals el va portar finalment a la conclusió de que les espècies del continent havien arribat a l’illa en algun moment i s’havien anat transformant, donant lloc a noves espècies. Per bé que avui en dia tenim nombroses proves que demostren la coherència d’aquesta hipòtesi, en aquell moment resultava una idea trencadora i revolucionària, i molt probablement hagués passat totalment desapercebuda si no fos perquè un antic professor de Darwin havia anat publicant els treballs que el jove naturalista va enviar durant el viatge, donant-li així cert renom entre els cercles científics Londinencs.

Si bé alguns aspectes de les teories de Darwin estan sent encara discutits i revisats en el sí de la comunitat científica, la selecció natural (terme que va encunyar ell mateix) és, en termes globals, la teoria més acceptada per tal d’explicar la diversitat d’espècies que poblen i han poblat el nostre planeta.

Publicat dins de Biologia, Efemèrides | 10 comentaris

De les molècules en 3D a les orientacions de la natura

chiralityLa necessitat de representar la natura en un full de paper i de forma estàtica ens obliga a fer certes aproximacions gràfiques que només tenen sentit si un llegeix la lletra petita que l’acompanya. Per molt que sovint ho oblidem, l’àtom està format per núvols en que la probabilitat de trobar-hi l’electró és més alta, les molècules que representem de forma estàtica estan, en realitat, en constant moviment i adoptant formes diferents al llarg del temps, etc. Una d’aquestes aproximacions, més habitual en els textos divulgatius que en els científics, és el fet de representar les molècules en dos dimensions, sense tenir en compte la orientació en l’espai dels àtoms que formen la molècula i que, en alguns casos, resulta clau per a la seva identitat.

Representació de l'aminoàcid Alanina. A dalt, en dos dimensions, a baix, les dues formes resultants en representar-ho en tres dimensions

Representació de l’aminoàcid Alanina. A dalt, en dos dimensions, a baix, les dues formes resultants en representar-ho en tres dimensions

La figura de la dreta representa (a dalt) una molècula de l’aminoàcid Alanina, que forma part de les nostres proteïnes. No obstant, tal i com està representada a la part superior pot referir-se en realitat a dues molècules diferents (representades a la part inferior). Amb una mica d’imaginació es pot arribar a assumir que l’enllaç representat per una línia gruixuda que creix ve cap a nosaltres, mentre que l’enllaç representat per una línia discontínua s’allunya de nosaltres. A aquesta mena de germans estructurals se’ls anomena enantiòmers. Perquè us pugueu fer una idea de què suposa aquesta diferència a nivell espacial, es pot equiparar a les dues mans d’una persona; en certa manera són iguals, però tal i com estan disposades una és la imatge que veuríem de l’altra si l’enfrontéssim a un mirall.

Aquesta diferència, aparentment subtil per a nosaltres, és per a la natura com parlar de molècules totalment diferents. Existeixen diferents hormones i feromones en que únicament una de les dues orientacions resulta activa, mentre que l’altra es comporta com qualsevol molècula estranya. En els sucres, trobem molècules com la Glucosa, la Galactosa o la Manosa que tenen exactament la mateixa fórmula química, però que difereixen en la orientació espacial dels seus enllaços i esdevenen, per tant, molècules diferents. Aquestes diferències en les propietats dels enantiòmers s’ha fet especialment palesa en compostos farmacològics, com la Talidomida, un tranquil·litzant molt emprat als anys seixanta, en que un dels enantiòmers (i només un) provocava reaccions adverses tan severes com la malformació fetal en dones embarassades. Casos com els de la Talidomida i d’altres que s’han anant descobrint amb el temps han augmentat l’interès dels químics per trobar formes que permetin separar una determinada molècula de la seva imatge especular, una tasca que no resulta trivial, ja que en compartir exactament la mateixa fórmula, comparteixen també propietats físiques tan rellevants com el pes molecular, el punt d’ebullició o (en la major part dels casos) la solubilitat.

La primera pedra en la separació d’enantiòmers la va posar Louis Pasteur l’any 1848 en descobrir que els cristalls, agrupacions periòdiques d’una mateixa molècula, són tan purs que només poden contenir un dels enantiòmers. La idea d’utilitzar aquesta puresa per a la separació d’enantiòmers va ser posada a prova trobant les condicions necessàries per tal que l’àcid tàrtric iniciés un procés de cristal·lització, podent-se observar que únicament un dels dos enantiòmers formava part del cristall obtingut. Aquest mètode de separació és brillant i elegant, però són relativament poques les molècules en que s’han trobat unes condicions de cristal·lització prou bones com per poder dur a terme aquesta separació. És més, ni tan sols es pot assumir a priori que totes les molècules puguin formar cristalls! Actualment, la tècnica que sembla més prometedora és la de fer passar les molècules per una matriu sòlida on hi ha altres molècules amb orientació definida i coneguda. En passar per aquesta matriu, cadascun dels enantiòmers s’orienta i es reté de forma diferent. La tècnica és força sofisticada i trobar les condicions adequades per a cada enantiòmer no resulta fàcil. De fet, hi ha grups de recerca (entre ells la Unitat de separació d’enantiòmers del Parc Científic de Barcelona) que dediquen el seu temps a trobar aquestes condicions, però el gran ventall de molècules separades fins al moment mitjançant aquesta metodologia la converteix sens dubte en la més prometedora.

La orientació de la natura. Sovint observem la natura sota el condicionant d’haver assumit el món tal com és, però resulta fascinant aturar-se i mirar-s’ho tot des de la perspectiva d’una nena petita, que no dóna res per fet. Justament, una de les coses sobre les que em podria estar qüestionant durant hores és la de les formes de la natura. Per què més del 90% de les espècies de gasteròpodes (caragols) tenen la closca dextrògira (és a dir, s’enrosca girant capa a la dreta)? I baixant una mica més en l’escala de la matèria, com és que la molècula de DNA que conté els nostres gens està formada per una hèlix igualment enroscada capa a la dreta? Encara un pas més avall, al nivell molecular, hi trobem una d’aquestes qüestions relacionada directament amb la temàtica del post. Resulta que tots els aminoàcids que formen les nostres proteïnes (n’hi ha una vintena de diferents) són enantiòmers, és a dir, contenen com a mínim un enllaç que pot estar orientat en una direcció (anomenada L) o en una altra (anomenada D). Doncs bé, per algun motiu que encara exprimeix el cervell de molts investigadors, a la natura únicament hi trobem la forma “L”. Sembla força clar que són molècules que s’han format de forma paral·lela (és a dir, no es dóna el cas de que totes hagin evolucionat a partir d’un avantpassat comú), però en canvi, en cap cas la natura ha escollit la forma “D”. Existeixen diverses hipòtesis sobre aquesta exclusivitat, però la més plausible (o la més acceptada) és la que ho relaciona amb un nivell encara inferior de la matèria: l’àtom. S’ha pogut observar que una de les forces que governa l’àtom (concretament, la força nuclear feble) és asimètrica, és a dir, no actua igual en totes les direccions. Això podria transcendir en la orientació dels àtoms a l’hora de formar-se l’aminoàcid i donar lloc, en tots els casos, a la forma “L” enlloc de la “D”. En cas que aquesta teoria es confirmés, ens podríem quedar aquí i anar a dormir més tranquils, però molt probablement l’endemà ens llevaríem amb una nova pregunta: Com és que la força nuclear feble té preferències per alguna de les direccions de l’espai?

No tinc prous coneixements de física com per abordar aquesta darrera qüestió, però quan comences a estirar el fil d’aquestes coses tens la viva sensació de veure el big bang a l’horitzó, com si totes aquestes preferències que té la natura per rotar cap a la dreta o cap a l’esquerra es poguessin explicar, finalment, per com va començar a girar la pols d’estrelles que va formar el nostre planeta.

Referències
J. K. Laerdahl, R. Wesendrup, P. Schwerdtfeger. D- or L- Alanine. That is the question. ChemPhysChem, 2000, 1, 60.
La Cromatografia líquida en la separació d’enantiòmers. Revista de la Societat Catalana de Química, 2010.
Eccles H; Ratcliff B. Chemistry 2. Cambridge University Press, 2001, 170. ISBN 978-0-521-79882-2.

Publicat dins de Química | 2 comentaris

Tal dia com avui: Max Planck presenta la teoria quàntica

Max-Planck

Com qualsevol lector podrà intuir, l’objectiu de la recerca de Max Planck no era el d’assentar les bases de la física moderna. De fet, la seva inquietud no era ni tan sols teòrica, doncs Max Planck estudiava la manera de fer més eficient la bombeta d’incandescència. És a dir, com emetre el màxim de llum amb el mínim d’energia possible. Les indagacions del físic alemany el van portar de seguida a observar que els resultats experimentals obtinguts no es corresponien amb la teoria electromagnètica vigent fins al moment. Per tal de resoldre aquestes diferències, Planck va proposar que la llum (i les radiacions electromagnètiques en general) no estaven formades per una ona contínua, sinó per “paquets” d’ones d’una energia concreta que ell va denominar “quants” (i que més tard han rebut el nom de fotons). Segons Planck, l’energia només es pot emetre de forma quantificada (múltiple d’una unitat elemental), i com més alta és la freqüència de les ones contingudes en aquests paquets, més alta era la seva energia.

En el cas de la bombeta, si el filament crema a baixes temperatures, la llum emesa té “paquets” amb ones de baixa freqüència i això es posa de manifest amb un llum vermellós (o fins i tot invisible, si la freqüència està en el rang de l’infraroig). Per contra, si la temperatura a la que crema el filament és molt alta, la freqüència d’aquestes ones és també molt alta i la llum adquireix un color blavós (o fins i tot no visible, si la freqüència està en el rang de l’ultraviolat). Aquest fenomen també es pot observar quan crema un tronc a la llar de foc. La zona de la flama més propera al tronc (la més calenta) és invisible a l’ull humà; llavors comença una gradació cap al blau, groc i, finalment, vermell a la zona més allunyada del tronc (la més freda).

Aquesta aparent puntualització sobre la radiació electromagnètica va ser, ni més ni menys, que el tret de sortida de tot un nou camp de la física que ha obligat a la ment humana a modificar el concepte que teníem de la pròpia realitat. Tant és així que la física quàntica conté conceptes tan quotidians com les flames d’una llar de foc o fenomens tan complexos d’entendre com ara el fet que una partícula subatòmica pugui estar a dos llocs al mateix temps.

Publicat dins de Efemèrides, Física | Deixa un comentari

Efemèrides de la ciència: El desastre de Bhopal

Bhopal2

Les canyeries de la fàbrica de pesticides que Union Carbide tenia a la regió índia de Bhopal feia temps que no rebien el manteniment adequat, i les les 42 tones d’isocianat de metil emmagatzemades al tanc número 610 eren superiors a les que les mesures de seguretat permetien. La nit del 2 al 3 de desembre de 1984 l’aigua va començar a escolar-se dins del tanc iniciant, una ràpida reacció química altament exotèrmica i que, per tant, progressava desprenent calor. Les restes de metall rovellat i sal dipositada van accelerar encara més la reacció, fent augmentar la pressió del tanc i fent cedir les vàlvules de seguretat, que durant aquella nit van deixar anar unes 30 tones cúbiques d’isocianat de metil en fase gas, barrejat amb diòxid de carboni, monòxid de carboni, fosgè, cianur i altres components que no es van arribar a determinar mai amb certesa. El núvol tòxic es va escampar ràpidament per la zona causant fortes irritacions oculars i respiratòries a qui hi entrava en contacte, acarnissant-se especialment amb aquells que no podien fugir amb un vehicle i ho van haver de fer corrent i augmentant encara més la freqüència respiratòria i, per tant, l’exposicó al gas. Els metges de la zona desconeixien quin era el l’origen d’aquell núvol tòxic i, a part de desbordats, es trobaven impotents a l’hora de tractar els malalts.

Com sempre, resulta difícil establir una xifra real de les persones afectades, però sembla ser que fins a 500.000 persones van ser exposades al núvol tòxic, de les quals 3.787 van morir durant els primers dos dies. El recompte final de morts, dut a terme dues setmanes més tard, va sobrepassar els 8.000.

Resulta una mica trist encetar la secció d’efemèrides científiques del bloc amb aquest esdeveniment, però la catàstrofe de Bhopal ens recorda fins a quin punt és perillós concentrar o aglutinar una substància química en grans quantitats. L’avenç de la química ens ha aportat uns valuosos coneixements sobre nosaltres mateixos, però com succeeix en molts altres aspectes de la ciència, el progrés en els coneixements científics ha avançat desproporcionadament més ràpid que el debat sobre les conseqüències d’utilitzar aquests coneixements.

Publicat dins de Efemèrides, Química | 2 comentaris

De qui va ser aquest ADN?

Una investigadora vestida amb polar i texans, i armada amb un pinzell continua netejant el que sembla un os enterrat al fons d’una excavació arqueològica. Porta quatre hores treient corosament la terra que cobreix el preuat objecte i encara n’hi queden tres o quatre més. Però durant tot aquest temps, aparentment perdut, la investigadora aprofita per remoure dins del seu cap totes les dades de què disposa sobre aquell periode de la prehistòria, confeccionant tots els trencaclosques possibles per tal de trobar aquell que pugui donar lloc a la hipòtesi més coherent. És la imatge pacient i tenaç que tots tenim en ment quan pensem en la ciència de l’arqueologia, però la revolució en les tècniques de biologia molecular ha arribat també a l’estudi dels nostres avantpassats, complementant aquest arquetip de científic de camp amb el d’un arqueòleg més assèptic i enclaustrat. Uns quilòmetres més enllà de l’excavació on hi treballa l’arqueòloga de mànigues arromangades i pinzell a la mà l’espera la seva companya, enfundada en una bata blanca i uns guans de làtex quasi estèrils.

Dibuix artístic del que podria ser un homínid avantpassat nostre.

L’estudi dels gens dels nostres avantpassats ens han permès establir llinatges entre les restes humanes del registre fòssil, estimar en quin moment l’Homo sapiens va començar a fer el seu camí en paral·lel a l’Homo neanderthalis i, en alguns casos, fins i tot identificar si un fragment d’os va pertànyer a un homínid o a la víctima d’una cacera prehistòrica. Com en el cas de les ciències forenses, el secret rau en la capacitat que té l’ADN per poder donar lloc a còpies exactes de la seva seqüència. Així, només el temps i l’habilitat separen una mostra ínfima d’una quantitat ingent d’ADN, de seqüència idèntica a la originària i que pot ser, per tant, analitzada amb comoditat. Però no tot són flors i violes, i posar un trosset d’os en un tubet no és suficient perquè la impresora màgica tregui, com passa a la tele, un informe assenyalant a l’assassí.

L’ADN es degrada fàcilment quan entra en contacte amb agents com l’aigua, l’oxigen o els bacteris, tots ells molt abundants a l’entorn. Però aquesta no és la única limitació. Les còpies d’ADN es duen a terme a partir de seqüències comunes en qualsevol ADN que formi part d’un homínid. Encara que sembli increïble, ens assemblem tant als nostres parents Neandertals que tot allò que puguin desprendre els propis investigadors durant l’extracció de les mostres (saliva, cèl·lules de la pell, etc.) serà també susceptible de ser copiat durant el procés. Així doncs, no és només poc probable trobar ADN a les mostres arqueològiques, sinó que, a més, existeix el risc de que al processar-lo acabem obtenint una gran quanitat de còpies de l’ADN de l’arqueòloga que ha processat la mostra.

Un grup de recerca de l’Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF) es dedica no només a estudiar l’ADN dels nostres ancestres germans (l’Homo neanderthalis), sinó també a desenvolupar tècniques que permetin superar aquestes importants limitacions.

Un dels fronts que ha abordat aquest grup de recerca ha estat la creació d’un protocol d’extracció realista, però que incideixi en aquells punts en que més fàcil és que es contamini una mostra. Però més enllà d’aquest avenç de tipus logístic, han aconseguit capgirar la truita i utilitzar un problema al seu favor. Per molt recent que sigui, l’ADN de les persones que manipulen la mostra no està exempt de veure’s afectat pels agents que el malmeten. Però després d’analitzar corosament un gran nombre de mostres d’ADN actuals i antigues, s’ha pogut constatar que les mostres antigues tenen tendència a patir un patró de degradació diferent de les mostres actuals. L’ADN és una cadena formada per una llarguíssima combinació de quatre bases nitrogenades (anomenades de forma simplificada A, T, C i G). Segons han revel·lat els estudis, l’ADN antic tindria una forta tendència a trencar-se després d’una C o d’una T, mentre que l’ADN modern no presentaria cap patró específic. Així doncs, davant d’una col·lecció prou àmplia de fragments d’ADN, aquest patró pot ajudar a orientar els investigadors sobre quines seqüències provenen de la mostra arqueològica i quines són contaminants. No és una prova definitiva, ni una recepta màgica per solucionar el problema de la contaminació, però l’arqueologia és una ciència en que qualsevol pista, qualsevol element que, com aquest, ajudi a direccionar la recerca és més que benvinguda.

Observant el passat. En el mètode científic contemporani s’utilitza de forma preferent l’estratègia anomenada inductivista, és a dir, aquella basada en l’evidència experimental. Per dir-ho d’una forma simplificada, la investigadora dialoga amb la natura mitjançant el disseny d’experiments i quan la resposta (el resultat) que n’obté és estadísticament reproduïble elabora una teoria el més versemblant possible que expliqui aquell determinat fenomen. Però quan hom intenta estudiar com era la vida en un moment en que no estàvem presents per enregistrar-ho, aquesta estratègia presenta una limitació obvia i obliga als científics a combinar l’inductivisme amb el deductivisme, és a dir, aquella estratègia que parteix de certes lleis o teories bàsiques i elabora la més verossímil de les explicacions possibles, relegant el paper dels experiments al simple fet de comprovar si aquella teoria és possible o no ho és. Per exemple, aconseguir fer foc fregant una pedra contra una altra ens pot demostrar que era possible fer-ho a la prehistòria, però per sí mateix no ens demostra que els nostres avantpassats ho fessin així. A primer cop d’ull podria semblar, doncs, que es tracta d’una ciència menys veraç, més especulativa, però sovint la obligada prudència d’haver de treballar en la congetura fa de les teories desenvolupades pels arqueòlegs unes veritats tan o més sòlides que les obtingudes en la ciència 100% experimental que, per contra, pot caure fàcilment en l’error d’extrapolar amb arrogància “allò que s’observa” a “allò que és”.

Referències
Tesi doctoral. Universitat Pompeu Fabra. E. Gigli, 2011

Publicat dins de Biologia | 1 comentari