divendres, 18 de setembre de 2020

Vocalitzacions d’al·ligàtor sota una atmosfera rica en heli i la pobresa funcional de ganivets fets de merda humana congelada: Premis Ig Nobel 2020

Els Premis Ig Nobel arriben a la 30a edició amb una cerimònia retransmesa exclusivament en-línia aquest dijous. Les primeres quatre edicions consistiren en cerimònies presencials en directe, i en les que seguiren la cerimònia presencial fou retransmesa en directe. La de fa 25 anys fou, de fet, un dels primers esdeveniments retransmesos en-línia en directe. Però l’edició d’enguany és especial per les restriccions associades per la pandèmia de la malaltia coronavírica del 2019 (covid-19). L’esperit dels guardons, organitzats per Improbable Research, és el mateix, per bé que amb els anys hagin virat la importància relativa de la recerca estrambòtica, de la metodologia frapant, dels treballs ridículs o de l’escatologia fisiològica.

Vocalitzacions d’una al·ligàtor en una atmosfera d’heliox (Stephan A. Reber et al.: Premi Ig Nobel d’Acústica, 2020)

Stephan Reber, Takeshi Nishimura, Judith Janisch, Mark Robertson i Tecumseh Fitch han rebut el Premi Ig Nobel d’Acústica “per haver induït un al·ligàtor xinès femella a bramar en una cambra segellada plena d’aire enriquit amb heli”

Stephan Reber és investigador en zoologia cognitiva a la Universitat de Viena. Amb els seus col·legues Judith Janisch i W. Tecumseh Fitch, juntament amb Takeshi Nishimura, de l’Institut de Recerca de Primats de la Universitat de Kioto i Mark Robertson, del St. Augustine Alligator Farm Zoological Park, publicaren un article al Journal of Experimental Biology sobre les freqüències formants d’un al·ligàtor xinès (Alligator sinensis) en una atmosfera d’heliox (barreja de 88% d’heli i 12% d’oxigen). Els crocodilis, en termes generals, són un dels grups no-aviar de rèptils més vocalitzadors, car bramen tot l’any, per bé que ho fan especialment durant la temporada d’aparellament. Hom suposa que aquestes vocalitzacions tenen com a funció específica informa de la mida corporal de qui les emet, quelcom rellevant no tan sols en la qüestió de l’aparellament sinó també de la territorialitat. Si aquesta teoria fos certa, caldria esperar que les vocalitzacions fossin el resultat de freqüències formants, és a dir de ressonàncies del propi tracte vocal (que reflectiria la mida corporal general). En aquesta recerca, Reber et al. volien aconseguir la primera documentació de formants en un rèptil no-aviar, i seleccionaren una femella d’al·ligàtor xinès. La introduïren en una cambra segellada (vegeu l’esquema a dalt) i l’estimularen a bramar a base de passar-li reproduccions de brams emesos anteriorment per ella mateixa. Comparaven els brams emesos sota aire normal i sota hèliox: com que en hèliox la velocitat de propagació del so és més ràpida hom podria fer una anàlisi acústica dels brams. Fou així que pogueren concloure que les bandes de freqüència registrades representaven, efectivament, formants, i que la vocalització fornia efectivament una indicació acústica de la mida corporal. En la discussió sobre aquest treball, Reber et al. arribaven a recordar que, com que aus i crocodilis són els representants vius del llinatge dels arcosaures, el coneixement de les bases de vocalització d’aquests animals poden ajudar-nos a entendre les vocalitzacions dels dinosaures del passat paleontològic.

Parlar en una atmosfera d’heli ens fa la veu més aguda, i és lògic que aplicar aquest principi a la vocalització d’una al·ligàtor hagi cridat l’atenció als d’Improbable Research. En tot cas, els cinc autors de l’article del 2015 participaren ahir en la cerimònia virtual per recollir aquest premi. Esperem que això serveixi per divulgar la recerca que Reber fa sobre la cognició dels dinosaures.

La cella del narcisisme (Miranda Giacomin & Nicholas O. Rule: Premi Ig Nobel de Psicologia, 2020)

Miranda Giacomin i Nicholas O. Rule han rebut el Premi Ig Nobel de Psicologia per dissenyar un mètode per identificar narcisistes examinant-ne les celles

Miranda Giacomin és interessada en la dinàmica intra- i inter-personal del narcisisme. Juntament amb Nicholas Rule en el 2018 publicà un article al Journal of Personality sobre quins trets facials són al darrere de la percepció de narcisisme de grandiositat en altres persones. El narcisisme, com a tret de personalitat, semblaria quelcom centrat en el propi jo, en l’ego, però el narcisisme dels altres pot ésser carregós, i així és convenient tindre la capacitat de detectar-lo a temps. En recerques anteriors, s’havia constatat que les persones podem jutjar el narcisisme de grandiositat d’altres a partir del llur aspecte, particularment del rostre. Giacomin & Rule, en aquest article, presentaven un primer estudi amb imatges com la de dalt, en el que els participants havien de jutjar el narcisisme grandiós de la persona retratada: les celles eren el tret facial més determinant. En uns altres tres estudis, també presentats en aquest article, Giacomin & Rule identificaven la distinció de la cella (pel gruix, per la densitat, etc.) com la característica facial primària en la qual recolzaven aquests judicis. En dos estudis addicionals, Giacomin & Rule confirmaven la rellevància de la cella en comprovar com les valoracions s’alteraven si hom manipulava les celles de la fotografia.

Estudiar aspectes tan complexos i, en certa forma, inaferrables, de la personalitat, reduint-los a una cella és el que haurà cridat l’atenció als d’Improbable Research. La simplicitat, però, és clau per moure’s en un món complex, i la primera impressió sempre es podrà corregir més endavant: però com diu Giacomin convé tindre un test fàcil i ràpid sobre el narcisisme aliè per estalviar-se disgustos. Giacomin i Rule participaren en la cerimònia virtual on se’ls lliurà el guardó.

La guerra per altres mitjans (Governs d’Índia i de Pakistan: Premi Ig Nobel de la Pau, 2020)

La signatura de l’Instrument de Rendició per part de la Comandància Oriental de les Forces Armades de Pakistan, del qual l’any vinent farà 50 anys, assenyala un moment cabdal en les relacions entre Índia i Pakistan. Les relacions tenses ja remunten al 1947, amb la Partició d’Índia, i si en el 1971 es manifestaven en la guerra indo-paquistaní, i la participació del Pakistan (amb la independència de Bangla Desh), el cert és que, freda o calenta, la guerra entre les dues potències nuclears del Sud d’Àsia continua fins els nostres dies. Una forma particular en els darrers anys han estat les bromes pesades entre diplomàtics indians i paquistanesos, com la de trucar-se al timbre en mig de la nit. Com que dins de tot, aquesta és una forma incruenta de guerra, s’ha considerat guardonar els governs d’Índia i de Pakistan amb el premi Ig Nobel de la Pau.

En el 2018, Iain Marlow enumerava en un article les formes que pren aquesta lluita entre legacions diplomàtiques: picar el timbre en mig de la nit i arrencar a córrer; fer trucades obscenes; tallar el subministrament de llum i aigua; persecucions de vehicle; confrontacions agressives; intimidacions dels fills respectius, etc. Marlow utilitzava com a fonts les dels ministeris d’exteriors de totes dues repúbliques. Segons el diplomàtic retirat Vishnu Prakash, la Inter-Services Intelligence de Pakistan havia enxampat a Islamabad diplomàtics indians que trucaven timbres a les 3 de la matinada. D’altra banda, la legació paquistanesa a Nova Delhi havia denunciat una sèrie de greuges en el que destacaven intimidacions contra fills del personal diplomàtic.

Fent vibrar cossos de lumbrícids vius (Ivan S. Maksymov & Andriy Pototsky: Premi Ig Nobel de Física, 2020)

Ivan S. Maksymov & Andriy Pototsky col·locaven cucs de terra anestesiats (com la “Eisenia fetida” de la imatge a) damunt d’una placa a la que se sotmetia a vibracions verticals, mentre que amb una càmera i un fotodetector s’estudiaven les ones generades en el cos del cuc. Tots dos investigador han rebut el Premi Ig Nobel de Física “per determinar, experimentalment, què li passa a la forma d’un cuc de terra viu quan hom fa vibrar el cuc de terra a alta freqüència”

Ivan Maksymov és interessat en biofotònica, nanofotònica i sensors de fibra òptica. Andriy Pototskyy és interessant en aspectes de biologia matemàtica i processos estocàstics. Hom ha estudiat en gotes d’aigua fenòmens fonamentals no-lineals com l’aparició d’ones superficials. Una cèl·lula biològica consisteix fonamentalment en aigua, però això també ho podem estendre a organismes pluricel·lulars complexos, i és aquí on entren els cucs de terra. Els dos investigadors treballen a la Swinburne University of Technology, i es per això que triaren quatre espècies de cucs del sud-est d’Austràlia: 1) Eisenia fetida (adquirida a una botiga local de productes de pesca), 2) Lumbricus terrestres (recollits directament del camp), 3) Lumbricus rebellus (recollits d’un subministrador local de cucs de compost) i 4) Aporrectodea caliginosa (recollits directament del camp). Aquests són els subjectes experimentals d’un article publicat el passat 22 de maig a Scientific Reports. Es tractava de demostrar que la vibració vertical de cucs vius dipositats (prèvia anestèsia amb una solució d’alcohol etílic al 20%) damunt d’una superfície plana sòlida resultava en l’aparició d’ones corporals subharmòniques de tipus Faraday. Aquesta aparició s’explica perquè el cos d’un oligoquet consisteix bàsicament en un esquelet hidrostàtic, una pell flexible i una cavitat corporal plena de líquid.

El subjecte experimental, uns cucs que es fan servir d’esquer a la pesca o en el marc de l’aplicació de compost en sòls, és el que ha determinat el guardó, que ahir recollien Maksymov i Pototsky. Però, com recordaven en el seu article, la capacitat de provocar ones corporals subharmòniques no-lineals en un organisme vivent podria servir en dispositius de seguiment de processos biofísics com l’impuls nerviós. I no és únicament una qüestió d’investigació fonamental en biofísica, car aquestes ones també podrien servir potencialment per controlar aquests mateixos processos biològics.

La desigualtat econòmica com a predictor del significat cultural de besar-se a la boca (Christopher D. Watkins et al.: Premi Ig Nobel d’Economia, 2020)

Christopher Watkins, Juan David Leongómez, Jeanne Bovet, Agnieszka Żelaźniewicz, Max Korbmarcher, Marco Antônio Corrêa Varella, Ana Maria Fernandez, Danielle Wagstaff, i Samuela Bolgan, han rebut el Premi Ig Nobel d’Economia “per intentar quantificar la relació entre la desigualtat nacional en el nivell de renda de diferents països amb la quantitat mitjana de petons a la boca que es fan. En el gràfic es mostra que hi ha una correlació entre el coeficient Gini de desigualtat i la freqüència de petons a la boca que es fan en el marc de relacions romàntiques en diferents països. Els països amb més desigualtat es fan més petons a la boca, doncs.

Christopher D. Watkins és el responsable del Laboratori de Relacions Humanes de la Abertay University, a Dundee. El 30 d’abril del 2019 era el primer autor d’un article que assenyalava la desigualtat nacional en la renda com a predictor de la variació cultural en els petons de boca a boca. Es referia als petons romàntics a la boca, que no s’han de considerar pas com un universal, per bé que sí que són una pràctica estesa a diferents cultures. Molt s’ha escrit sobre el seu significat funcional, com a forma de comprovar l’estat de salut de la parella o de crear i mantindre vincles perdurables. Si aquestes atribucions són certes, Watkins et al. esperarien que l’ús i l’apreciació de besar-se variaria segons si l’ambient premia la bona salut o l’atenció a la parella. Feren doncs un estudi en-línia en el qual recrutaren 3109 participants a través de campus universitaris, de relacions comunitàries, pools de participants en investigacions, el boca-orella, xarxes socials (Twitter, etc.), la plataforma surveymonkey.com i un comunicat de premsa. Seleccionaren 13 països, de 6 continents diferents, en els que hi havia un mínim de 50 participants de tots dos sexes, i 30 participants de sexe femení. Entre les variables que contemplaven hi havia de salut pública (prevalença històrica de patògens), de riquesa absoluta (producte interior brut) i de riquesa relativa (l’índex GINI). En termes generals, les dades de Watkins et al. indicaven que besar-se és més valorat en relacions establerts que no pas durant el festeig. Els països amb més desigualtat, és a dir amb índex GINI més elevat, o sigui amb més pobresa relativa, mostren una major freqüència de petons en les relacions romàntiques, la qual cosa lligaria amb la hipòtesi de la funció dels petons en l’establiment de vincle de parella (que és més necessari en societats amb una vida més precària).

Una recerca sobre petons i, a més, vinculada a factors socio-econòmics, per fina força ha d’interessar els d’Improbable Research. Watkins recollia ahir el premi. De tota manera, la relació entre la freqüència de petons en la parella i l’índex de Gini és estatísticament robusta i específica, i vàlida per a societats ben diferents entre elles.

La subcontractació d’assassinats a càrrec (Xi Guang-An et al.: Premi Ig Nobel de Gestió, 2020)

El 17 d’octubre del 2019, un tribunal de Nanning (Guangxi) sentenciava sis homes per intent d’homicidi. D’aquests, cinc, 奚广安, 莫天祥, 杨康生, 杨广生 i凌显四 han rebut el Premi Ig Nobel de Gestió “per gestionar un contracte d’assassinat per encàrrec”.

Segons informava la CNN, Xi Guang-An, Mo Tian-Xiang, Yang Kang-Sheng, Yang Guang-Sheng i Ling Xian Si són cinc assassins professionals de la Regió Autònoma de Guangxi Zhuang. De fet, l’encàrrec li arribà originàriament a Xi Guang-An, que acceptà un pagament per avançat. Xi Guang-An, per comptes d’executar-lo ell mateix, el subcontractà a Mo Tiang-Xiang. Mo Tiang-Xiang, alhora, l’encarregà a Yang Kang-Sheng. La cadena de subcontractacions no acaba pas ací, ja que Yang Kang-Sheng l’encomanà a Yang Guang-Sheng, i Yang Guang-Sheng ho féu a Ling Xian-Si. Cada subcontractació era ignorada per qui havia l’encàrrec anterior, i el responsable avançava una part del pagament. Com és lògic, a cada baula de la cadena, el pagament i la promesa es feia més i més curt.

L’encàrrec inicial l’havia fet el promotor immobiliari Tan Youhui, que volia desfer-se d’un competidor, de cognom Wei. Wei s’havia creuat amb Tan arran d’una disputa per un projecte. El cas és que Xi Guang-An va rebre de Tan la quantitat de dos milions de yuans. Xi, sense que ho sabés Tan, encomanà el treball a Mo Tiang-Xiang, per un valor d’1 milió de yuans. Mo subcontractà la feina a Yang Kang-Sheng per un valor de 270.000 yuans, als que s’afegiria mig milió quan la feina fos enllestida. Yang Kang-Sheng la subcontractà a Yang Guang-Sheng amb un pagament inicial de 200.000 yuan i 500.000 addicionals quan la feina fos enllestida. Havien passat ja sis mesos, quan Yang Guang-Sheng la subcontractà per 100.000 yuan a Ling Xian-Si.

La cadena es trencà amb Ling, que es trobà amb Wei i li comunicà l’encàrrec que li havia arribat. La idea de Ling era fer passar Wei per mort i cobrar la quantitat. Wei acceptà i es va fer fotografiar per Ling. Ling comunicà a Yang Guang-Sheng que Wei era “mort”, i la cadena remuntà fins a Tan. Però Wei, paral·lelament, s’havia posat en contacte amb la policia, que va seguir el rastre de la cadena de subcontractacions.

Tan va rebre la condemna més dura, de cinc anys de presó, mentre que els cinc “assassins” van rebre sentències de dos a quatre anys. Si en el sector de la promoció immobiliària de Nanning la subcontractació és la norma, no és tampoc d’estranyar que en el crim també ho sigui.

L’aracnofòbia entre els entomòlegs (Richard Vetter: Premi Ig Nobel d’Entomologia)

El verí de la vídua negra (“Latrodectes”) és dels més nocius per als humans.

Richard S. Vetter ha rebut el Premi Ig Nobel d’Entomologia “per recollir proves que molts entomòlegs (científics que estudien insectes) tenen por de les aranyes, que no són insectes”. La broma ve a tomb d’un article publicat a American Entomologist el 2013 que Vetter titulava: “entomòlegs aracnofòbics: quan dues potes més fan una gran diferència”.

Estrictament, l’entomologia estudia la classe zoològica dels insectes. Els insectes són, efectivament, una classe d’artròpodes. Els aràcnids en són una altra. Vetter en el seu article comunicava una recerca elaborada a base d’un qüestionari enfocat a entomòlegs que haguessin de tractar amb artròpodes vius i que tinguessin sentiments negatius envers les aranyes. L’aracnofòbia, estrictament, és la por irracional a les aranyes, i en el “Fear of Spiders Questionnaire”, tan sols els qui tenen una puntuació superior a 90 (d’un màxim de 126) són classificats com a aracnofòbics. Vetter concloïa que els entomòlegs aracno-adversos comparteixen molts trets amb els aracnòfobs del públic general, contradient l’assumpció habitual que la pràctica entomològica ajuda a superar els sentiments negatius envers tots els artròpodes en general.

Vetter recollia ahir el guardó per aquesta recerca.

La misofonia com a aversió patològica al soroll de mastegar d’altri (Nienke Vulink et al.: Premi Ig Nobel de Medicina)

Nienke Vulink, Damiaan Denys i Arnoud van Loon, han rebut el Premi Ig Nobel de Medicina “per diagnosticar una condició mèdica llargament desconeguda, la misofonia, el malestar de sentir altres persones quan fan sorolls de mastegar”.

En el 2013, Vulink i Denys, juntament amb Arjan Schröder, descrigueren els criteris diagnòstics d’una nova malaltia psiquiàtrica. El punt de partida eren pacients que reportaven la preocupació de patir accessos agressius impulsius en sentir determinats sons humans. El nom que li donaven, de misofonia, no era pas nou. Però sí que ho era la proposta de considerar-la un trastorn psiquiàtric discret.

En el 2017, els mateixos tres autors, ara afegint-hi Van Loon, publicaven una recerca sobre una teràpia comportamentual-cognitiva de la misofonia, amb combinació de quatre tècniques. Aquesta teràpia resultava efectiva en la meitat de pacients.

Des d’Improbable Research segurament es valor aquest esforç per reconèixer i tractar aquesta obsessió malaltissa per alguns sons humans fets amb la boqueta que pateixen algunes persones. Vulink, Denys i Van Loon, de fet, participaren en la cerimònia virtual d’ahir.

La gestió política de la pandèmia de covid-19 (Jair Bolsonaro et al.: Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica)

Gràfic semilogarítimic de les morts diàries per covid-19 produïdes en el món i en cinc països

El Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica ha estat concedit a líders mundials que s’han destacat “per utilitzar la pandèmia viral de la Covid-19 per ensenyar el món que els polítics poden tindre un efecte més immediat sobre la vida i la mort que científics i metges”. Els guardonats, que, òbviament, no assistiren a la cerimònia virtuals, són:
- Jair Bolsonaro, President de la República Federativa del Brasil des de l’1 de gener del 2019. Brasil és el setè país amb més morts de covid-19 per càpita (638 per cada milió d’habitants).
- Boris Johnson, Primer Ministre del Regne Unit des del 24 de juliol del 2019. El Regne Unit és el desè país amb més morts de covid-19 per càpita (614 per cada milió d’habitants).
- Narendra Modi és primer ministre de la Índia des del 26 de maig del 2014. Amb una taxa de mortalitat per covid-19 de 62 per cada milió d’habitants, la Índia es troba ben per sota de la mitjana mundial.
- Andrés Manuel López Obrador és President dels Estats Units Mexicans des de l’1 de desembre del 2018. Mèxic és el catorzè país amb més morts de covid-19 per càpita (559 per cada milió d’habitants.
- Alexander Lukashenko és President de la República de Bielorússia des del 1994. Amb una taxa de mortalitat per covid-19 de 82 per cada milió d’habitants, Bielorússia es trobaria molt per sota de la mitjana mundial.
- Donald Trump és President de la República dels Estats Units d’Amèrica des del 20 de gener del 2017. Els Estats Units són l’onzè país en morts per covid-19 per càpita (613 per cada milió d’habitants).
- Recep Tayyip Erdoğan és President de la República de Turquia des del 28 d’agost del 2014. Amb una taxa de mortalitat per covid-19 de 87 per cada milió d’habitants, es troba ben per sota de la mitjana mundial.
- Vladimir Putin és President de la Federació Russa des del 7 de maig del 2012. Rússia té un índex de mortalitat per covid-19 lleugerament superior a la mitjana mundial (132 per cada milió d’habitants).
- Gurbanguly Berdimuhamedow és President de Turkmenistan des del 21 de desembre del 2006.

La selecció de Improbable Research fa referència sobretot a declaracions públiques d’aquests líders mundials en un sentit banalitzador de la pandèmia.

La limitació funcional dels ganivets fabricats amb femta humana congelada (Metin Eren et al.: Premi Ig Nobel de Ciència de Materials)

Els esquimals o inuit han despertat interès per l’indret inhòspit que habiten. Una història proverbial sobre la seva capacitat de supervivència ens diu que un home vell no volia anar a un assentament. La família, per dissuadir-lo, li va treure totes les eines, confiant que així es rendiria i abandonaria el seu iglú. Sense eines, l’home, en mig de l’hivern, sortí de l’iglú per defecar. De la femta congelada en va fer un ganivet, que afilà amb la seva saliva. Amb el ganivet matà un gos, i de la caixa toràcica en va fer un trineu

El Premi Ig Nobel de Ciència de Materials ha estat concedit a Metin Eren, Michelle Bebber, James Norris, Alyssa Perrone, Ashley Rutkoski, Michael Wilson, i Mary Ann Raghanti, per mostrar que els suposat ganivets fabricats amb femta humana congelada no funcionen pas tant bé com indica aquest relat.

El doctor en antropologia Metin I. Eren i els seus col·legues volien comprovar la veracitat del relat. El llur treball és un exemple d’arqueologia experimental, i així fou publicat l’octubre del 2019 al Journal of Archaeological Science. Eren et al. testaren experimentalment ganivets manufacturats a partir de femtes humanes congelades. Fou el propi Eren el que seguí una dieta àrtica, rica en proteïna i àcids grassos, durant vuit dies. A partir del quart dia començà a recollir la pròpia femta, que introduïa en motllos de ceràmica o bé modelava a mà. Les mostres eren després conservades a -20 °C.

Les van provar i no funcionaven gens. Per això suggereixen que el relat etnogràfic sobre ganivets fets de merda congelada no s’utilitzin per il·lustrar el caràcter innovador de pobles caçadors-recol·lectors.

Els d’Improbable Research no es podien deixar perdre una recerca escatològica com aquesta. I a la cerimònia d’ahir hi assistiren tots els autors de l’article.

Lligams:

- A Chinese alligator in heliox: formant frequencies in a crocodilian. Stephan A. Reber, Takeshi Nishimura, Judith Janisch, Mark Robertson, W. Tecumseh Fitch. J. Exp. Biol. 218: 2442-2447 (2015).

- Eyebrows cue grandiose narcissism. Miranda Giacomin, Nicholas O. Rule. J. Personality 87: 373-385 (2019).

- Excitation of Faraday-like body waves in vibrated living earthworms. Ivan S. Maksymov, Andrey Pototsky. Sci. Rep. 10: 8564 (2020).

- National income inequality predicts cultural variation in mouth to mouth kissing. Christopher D. Watkins, Juan David Leongómez, Jeanne Bovet, Agnieszka Żelaźniewicz, Max Korbmacher, Marco Antônio Corrêa Varella, Ana Maria Fernandez, Danielle Wagstaff, Samuela Bolgan. Sci. Rep. 9: 6698 (2019).

- Arachnophobic Entomologists: When Two More Legs Makes a Big Difference. Richard S. Vetter. Am. Entomologist 59: 168-175 (2013).

- Misophonia: Diagnostic Criteria for a New Psychiatric Disorder. Arjan Schröder, Nienke Vulink, Damiaan Denys. PLoS One 8: e54706 (2013).

- Cognitive behavioral therapy is effective in misophonia: An open trial. Arjan E.Schröder, Nienke C. Vulink, Arnoud J. van Loon, Damiaan A. Denys. J. Affective Disorders 217: 289-294 (2017).

- Experimental replication shows knives manufactured from frozen human feces do not work. Metin I.Eren, Michelle R.Bebber, James D. Norris, Alyssa Perrone, Ashley Rutkoski, Michael Wilson, Mary Ann Raghanti. J. Archaeol. Sci. 27: 102002 (2019).

dilluns, 14 de setembre de 2020

Detecten gas fosfà en la coberta nuvolosa de Venus

Química atmosfèrica: Algú ha dit que si Venus és el planeta bessó de la Terra és perquè en seria el bessó dolent en el sentit de planeta inhabitable. L’atmosfera de Venus és molt més densa que la de la Terra, la qual cosa condiciona una temperatura mitjana de superfície de 740 K i una pressió de 9,3 MPa. L’elevada temperatura s’explica per un efecte hivernacle descomunal, i de fet el CO2 suposa el 96,5%. El reconeixement d’aquestes condicions en els anys 1960 va portar a assumir que Venus era una planeta inhabitable. No obstant, astrobiòlegs s’han ocupat intensament de dos aspectes: l’habitabilitat de Venus en el passat, i l’habitabilitat de Venus no pas a la superfície sinó a l’alta atmosfera. S’ha generat una interessant literatura sobre la dinàmica de la hipotètica biosfera venusina, que inclou la idea panspèrmica que la vida a la Terra s’originà a partir de gèrmens venusians transportats per impactes meteòrics. Una línia de recerca és la investigació de la dinàmica química de l’atmosfera de Venus. James Lovelock, pioner en la química atmosfèrica, ja va advertir que la presència de gasos traça de diferents nivells d’oxidació és un indici potent de l’existència de la biosfera. És comprensible, doncs, que hi hagi hagut en les darreres hores un enrenou pel comunicat de la Royal Astronomical Society sobre la descoberta de fosfà (PH3) en l’atmosfera de Venus. A la revista Nature Astronomy podem llegir l’article corresponent, encapçalat per la professora Jane S. Greaves. A una altitud de 50 km, la coberta nuvolosa de Venus té una temperatura moderada. Les condicions químiques a aquesta altitud són de caràcter hiperacídic, i hom esperaria doncs trobar tot el fòsfor en formes oxidades. Greaves et al., però, forneixen indicis de la presència de fosfà, és a dir de l’hidrur de fòsfor (PH3), que és justament una de les formes més reduïdes (menys oxidades) de fòsfor. Vet ací doncs l’enrenou. Algú pot recordar que enrenous semblants hi ha hagut per la detecció de metà (CH4) a Mart, un altre planeta amb una atmosfera acidificant/oxidant dominada pel CO2 (però molt menys tènue que la de Venus). Però mentre que hi ha explicacions abiòtiques per a la generació de CH4 no n’hi ha pas tantes per a la generació de PH3. Però, ¿de segur què es PH3? Greaves et al. es basen en deteccions espectrals d’una sola línia en la longitud d’ona de mil·límetres de molt bona qualitat (15σ) fetes des dels telescopis JCMT i ALMA. Greaves et al. sostenen que no hi ha altra identificació plausible que assumir una abundància atmosfèrica de PH3 a Venus de 0,02 ppm. Greaves et al. no coneixen de cap ruta abiòtica que pugui explicar aquests nivells.

La icònica fotografia d’ultraviolat de Venus obtinguda pel Pioneer Venus Orbiter el 26 de febrer del 1979

El fosfà com a biosignatura

Clara Sousa-Silva, una de les autores d’aquest article, encapçalà l’any passat una recerca sobre la utilització de PH3 com a gas bioindicador de la presència de vida en una planeta. La dificultat de caracteritzar atmosferes planetàries pel que fa a la presència de compostos rars convida a aplicar aquestes idees primer als planetes del Sistema Solar.

Un dels avantatges d’emprar PH3 com a biosignatura és que, en principi, és molt menys ambigu que el CH4. Per exemple, a la Terra, PH3 té una abundància de l’ordre de parts per bilió (per bé que amb força heterogeneïtat) i el seu origen es vincula bé a activitats microbianes o a activitats antropogèniques. En els planetes gegants, hi ha més presència de PH3, però les atmosferes d’aquestes planetes (Júpiter i Saturn) són reductores, i cal pensar que el PH3 es produeix en les capes profundes de l’atmosfera a alta temperatura i pressió, i es distribueix a les capes altes per convecció. De fet, com a biosignatura, el PH3 no valdria per als planetes jovians, però si per als planetes terrestres, particularment en aquells que tinguin atmosferes i escorces altament oxidades. Venus és un planeta encara més oxidant que la Terra, i per això PH3 pot funcionar encara millor com a biosignatura.

A la recerca de PH3 en l’atmosfera de Venus

Greaves et al. basen aquesta recerca en la transició rotacional 1-0 de la molècula de PH3 en la banda electromagnètica de mil·límetres de longitud d’ona. Fa 25 anys, Eric Weisstein aplicà aquest procediment a la detecció de PH3 en l’atmosfera de Saturn.

La recerca se centra en les capes opaques de l’atmosfera de Venus, justament on més s’ha especulat sobre la possibilitat de que hi hagi formes de vida (aeroplàncton). En aquestes altituds (50 km), les condicions de temperatura i de pressió són comparables a les d’alguns ecosistemes anaeròbics terrestres que produeixen PH3.

Dades del JCMT i de l’ALMA

Les dades utilitzades procedeixen del James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) i de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Les dades de l’ALMA s’utilitzaren també per calcular la possible atribució de les línies al diòxid de sofre (SO2).

Per fer l’estimació de l’abundància de PH3, Greaves et al. modelen l’atmosfera de Venus fins a una altitud de 140 km, bo i dividint-la en capes de 1 km. Utilitzen el model de referència internacional de Venus (VIRA) pel que fa al perfil de temperatures. S’assum una ratio de barreja vertical constant per a PH3. El grau d’opacitat de les diferents capes atmosfèriques s’estima d’acord amb la interacció de les línies moleculars de CO, SO2, H2, PH3 amb les de CO2. No consideren l’efecte de dispersió degut a les partícules dels núvols, però si l’efecte d’angle d’emissió relacionat amb el terminador que separa els hemisferis diürn i nocturn de Venus.

Greaves et al. apliquen un model fotoquímic de degradació de PH3, que té en compte a més la interacció amb espècies reactives d’hidrogen, d’oxigen i de clor. Pel que fa a la producció de PH3 tenen en compte la producció fotoquímica i la producció no-fotoquímica. Per a la producció fotoquímica contemplen una sèrie de passes a partir de l’àcid fosfòric (H3PO4).

La detecció de PH3

El juny del 2017 es feren cinc observacions de Venus, llavors estel matutí, amb el JCMT. Els espectres obtinguts cobrien tot el planeta. Se seleccionaren les línies d’absorció corresponents a la coberta nuvolosa pel contrast que mostraven amb el quasi-continu generat per la capa atmosfèrica inferior opaca.

El març del 2019 es feren observacions de Venus amb l’ALMA, d’una major resolució.

A l’esquerra espectre de la transició 1-0 de PH3 per a tot el planeta. A la dreta s’hi diferencien les zones polar (negre), mitjana (blau) i equatorial (vermella). La concentració de PH3 és més elevada a latituds mitjanes que a latituds equatorials, i no és detectable en les regions polars.

Les dades d’ALMA confirmen la detecció de línies corresponents a la transició 1-0 de PH3. Les velocitats de les línies coincideixen amb la velocitat de l’atmosfera de Venus. Les línies no serien atribuïbles a SO2. L’abundància de PH3 és estimada en 0,02 ppm, un valor tres o quatre ordres de magnitud superior al de l’atmosfera terrestre. Aquestes són unes xifres sorprenents per a una atmosfera tan oxidada (hiperàcida) com la de Venus.

D’on prové tot aquest PH3? Greaves et al. consideren possibles fonts de fòsfor: de l’atmosfera de Venus, de la superfície (o escorça) de Venus o de l’espai interplanetari. És cert que les sondes soviètiques Vega ja van detectar la presència de fòsfor fa més de trenta anys, però no van determinar les espècies químiques corresponents. Hom esperaria, donades les condicions oxidants, que tot el fòsfor de l’atmosfera de Venus fos en formes oxidades (fosfats, etc.). Greaves et al. descarten que l’origen del PH3 sigui la hidròlisi de fosfurs de la superfície (bé originats per la pròpia geologia de Venus o d’origen meteorític). També descarten la formació d’àcid fosforós (H3PO3).

Hi ha una raó que explica que el PH3 sigui més abundant a l’atmosfera de Venus que a la de la Terra. En l’atmosfera terrestre hi ha una quantitat notable de O2 (21%), mentre que l’oxigen en l’atmosfera de Venus es troba essencialment combinat (CO2, SO2, H2O, CO, etc.). Les espècies reactives d’oxigen fan que la vida mitjana de PH3 a l’atmosfera de la Terra sigui molt més breu que a l’atmosfera de Venus. En la mesosfera de Venus (a més de 80 km d’altitud), la vida mitjana de PH3 seria de <103 s, limitada per la presència d’espècies radicals (Cl-, etc.). En la troposfera de Venus, la vida mitjana de PH3 seria molt més llarga, de 108 s, limitada únicament per la descomposició tèrmica. En termes generals, la vida mitjana de PH3 en l’atmosfera de Venus seria inferior a 1000 anys.

Amb aquesta estimació, si el PH3 procedís de l’escorça de Venus caldria un flux de 106-107 molècules per cm2 i segon. Aquests nivells són massa elevats per les reaccions fotoquímiques contemplades per Greaves et al.

I els llamps? Les tempestes elèctriques a l’atmosfera de Venus són d’un nivell inferior al de la Terra. La formació de PH3 per llamps no podria explicar l’abundància detectada. I els volcans? L’activitat volcànica de Venus hauria d’ésser 200 vegades superior per explicar l’abundància detectada de PH3. I els meteorits? Aquesta font no aportaria més que unes poques tones de fòsfor per any, també insuficients per explicar l’abundància detectada de PH3. I processos triboquímics o friccionals a gran escala? De nou, Greaves et al. el consideren un procés insuficient. I els protons del vent solar? Tampoc.

Un procés desconegut: fotoquímic, geoquímic o bioquímic?

Descartades totes aquestes hipòtesis, cal pensar un procés alternatiu de producció continuada de PH3. Greaves et al. admeten la dificultat de pensar en processos fotoquímics quan hom ignora aspectes bàsics de les gotes de condensació que formen els núvols de Venus. La conclusió, a hores d’ara, és que necessitem noves sondes que explorin Venus i que prenguin mesures in situ de l’atmosfera o que fins i tot recullin mostres d’aerosols per dur-les a la Terra. Tant de bo els responsables dels programes especials de Rússia, Índia, Europa, Xina o Estats Units, entre d’altres, en prenguin nota.

Lligams:

- Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Jane S. Greaves, Anita M. S. Richards, William Bains, Paul B. Rimmer, Hideo Sagawa, David L. Clements, Sara Seager, Janusz J. Petkowski, Clara Sousa-Silva, Sukrit Ranjan, Emily Drabek-Maunder, Helen J. Fraser, Annabel Cartwright, Ingo Mueller-Wodarg, Zhuchang Zhan, Per Friberg, Iain Coulson, E’lisa Lee & Jim Hoge. Nature Astronomy (2020).

- Hints of life on Venus, comunicat de la Royal Astronomical Society.

dimecres, 9 de setembre de 2020

Units en la ciència: una compilació d'informació científica sobre el clima

L'Organització Meteorològica Mundial ha compilat el report "United In Science".

Entre la informació més detacada figura que el quinquenni 2016-2020 serà el període més càlid del registre meteorològic contemporani. La caiguda d'emissions com a conseqüència de les restriccions per fer front a la pandèmia de covid-19 no reduiran les concentracions atmosfèriques de CO2. De fet, les emissions de CO2 han augmentat un 62% en les darreres tres dècades. El report insisteix en la necessitat de canviar els patrons de consum.

divendres, 4 de setembre de 2020

La seguretat i immunogenicitat del vaccí rus d’adenovirus recombinant contra la covid-19

Amb major o menor fortuna, les diferents regions del planeta malden per aplanar la corba epidèmica d’infeccions per SARS-CoV-2 i de casos greus de la malaltia coronavírica que provoca (la covid-19). Arribats al darrer terç del 2020, l’atenció se centra en bona mesura en l’arrencada de campanyes específiques de vaccinació. Però encara som lluny d’aquesta fase. De tota manera és interessant seguir els resultats d’assaigs clínics dels diferents vaccins desenvolupats. La revista Lancet publica avui un article encapçalat per Denis Y. Logunov sobre els resultats de dos estudis oberts no-aleatoritzats de fase 1/2 corresponents a dues formulacions del vaccí rus basat en vectors recombinants adenovirals (rAd26 i rAd5). La decisió de les autoritats russes d’abreujar la fase 3 fou rebuda amb escepticisme per la comunitat sanitària mundial, i és doncs en aquest context que es llegeix aquest article.

La resposta immunitària cel·lular sembla tindre especial protagonisme en la protecció davant del SARS-CoV-2, i en aquest gràfic observem com el vaccí rus estimula la resposta de limfòcits T contra la glicoproteïna vírica

El vaccí

Allò que anomenem el “vaccí rus” consisteix en dos components, d’una banda un vector recombinant d’adenovirus de tipus 26 (rAd26) i un d’adenovirus de tipus 5 (rAd5). Tots dos components incorporen el gen que codifica la glicoproteïna S del SARS-CoV-2, i és per això que reben la denominació de rAd26-S i rAd5-S.

El vaccí s’assaja en dues formulacions, una de congelada i una altra de liofilitzada.

Dos assaigs de fase 1/2

Logunov et al. presenten els resultats de dos estudis oberts i no aleatoritzats que es feren a Rússia. Són estudis de fase 1-2, en els que participaren voluntaris adults sans, de 18 a 60 anys d’edat. En la fase 1, s’administrava intramuscularment en el dia 0 una dosi bé de rAd26-S o de rAd5-S, i se’n comprovava la seguretat en els 28 dies següents.

La fase 2 de l’estudi començava a partir del dia 5, amb una injecció intramuscular de rAd26-S seguida tres setmanes després d’una de rAd5-S. En aquesta fase hom mesurava la generació d’anticossos específics contra el SARS-CoV-2 (en els dies 0, 14, 21, 28 i 42), però també la immunitat cel·lular específica d’antigen.

Les conclusions

El recrutament es realitzà entre el 18 de juny i el 3 d’agost, amb un total de 76 participants (38 per cada estudi). Les formulacions assajades eren segures i ben tolerades, amb les reaccions normals de dolor en el punt d’injecció (58%), hipertèrmia (50%), maldecap (42%) i astènia (28%). Tots els participants generen anticossos contra la glicoproteïna S, així com respostes immunitàries cel·lulars. Caldrà veure, però, en futurs estudis si aquesta resposta és prou efectiva com per a previndre la covid-19 en els vaccinats.

Lligams:

- Safety and immunogenicity of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine in two formulations: two open, non-randomised phase 1/2 studies from Russia. Denis Y Logunov et al. The Lancet (2020).

dimecres, 2 de setembre de 2020

El senyal d’ona gravitacional GW190521: una fusió de forats negres de 150 masses solars

GW190521 vol dir “ona gravitacional observada el 21 de maig del 2019”. En efecte, aquella jornada, a les 03:02:29 UTC, els detectors d’Advanced LIGO i Advanced Virgo registraren un senyal ben nítid, amb una ratio senyal:soroll de 14,7, i una taxa estimada de falsa alarma de 1 en 4900 anys. Si hom assumeix que aquesta ona gravitacional fou el resultat d’una inspiral binària quasicircular, darrera hi hauria d’haver la fusió de dos forats negres, un de 71-106 masses solars i un altre de 48-83. Els científics de LIGO i Virgo publiquen avui a Physical Review Letters un article en el qual infereixen que la massa dels forats negres primaris es troba dins del gap causat per processos de supernova pulsacionals d’inestabilitat de par. El forat negre resultant tindria una massa, amb un 90% d’interval de credibilitat, de 126-170 masses solars, és a dir dins del rang d’un forat negre de massa intermèdia. Amb un desplaçament cap al vermell de 0,48-1,10, la distància d’aquest forat negre a la Terra seria de 2,7-7,7 gigaparsecs. Fusions d’aquesta mena tindrien lloc a una taxa de 0,02-0,43 fusions per gigaparsec cúbic i any. En un article paral·lel a The Astrophysical Journal Letters, els investigadors de LIGO i Virgo desgranen les propietats i implicacions de GW190521. D’una banda, troben improbable que GW190521 sigui un senyal amplificat per un efecte lent d’una fusió de forats negres menors. Així doncs, enumeren una sèrie d’implicacions sobre els models vigents de col·lapse estel·lar. Com es poden formar forats negres d’aquestes dimensions intermèdies? A través d’una sèrie de coalescències estel·lars múltiples o de fusions jeràrquiques de forats negres en el context d’un cúmul estel·lar o d’un nucli galàctic actiu? O potser som davant d’un objecte més exòtic, com un sistema binari altament excèntric de forats negres o d’un sistema binari de forats negres primordials?

L’astronomia d’ones gravitacionals

Els projectes d’Advanced LIGO i d’Advanced Virgo han obert una nova disciplina astronòmica: la detecció d’ones gravitacionals. En les dues primeres campanyes (O1 i O2), s’han detectat 10 fusions de sistemes binaris de forats negres i 1 inspiral de sistema binari d’estels de neutrons. La tercera campanya (O3) arrencà l’1 d’abril del 2019 i, com molts altres projectes, fou sospesa el 27 de març del 2020 com a conseqüència de la pandèmia de covid-19.

GW150914 i altres senyals detectats en O1 i O2 es corresponien a sistemes binaris de forats negres amb masses totals de 19-84 masses solars, mentre que les masses dels components individuals anaven de 8 a 50 masses solars. El senyal GW170817 podria correspondre a un sistema binari més massiu, però no es pot descartar que sigui un artefacte.

GW190521 seria una fusió de forats negres de més grans dimensions que les detectades fins ara. La massa total de la fusió seria de 150 masses solars, i el romanent seria de 140.

Un gap entre 64 i 135 masses solars

D’acord amb els models astrofísics actuals, estels amb una massa de nucli d’heli de 32-64 masses solars experimenten inestabilitat de par pulsacional, la qual cosa fa que els romanents resultants siguin de masses inferiors a 65 masses solars.

Estels amb una massa de nucli d’heli entre 64 i 135 masses solars serien encara més susceptibles a la inestabilitat de par i, d’acord amb els models, no haurien de deixar cap romanent compacte.

Estels amb una massa de nucli d’heli de més de 135 masses solars, en canvi, col·lapsarien directament a forats negres de massa intermèdia.

Així ens trobem, doncs, amb un gap teòric situat entre 64 i 135 masses solars: hom no esperaria trobar gaire objectes compactes d’aquesta massa, si no és a través de coalescències jeràrquiques de forats negres menors en el context d’un sistema estel·lar dens o de discs de nuclis galàctics actius. En el cas del GW190521, és molt probable que el component més massiu sigui dins d’aquest rang de 64-135 masses solars.

Els forats negres intermedis, de masses situades entre 100 i 100.000 masses solars, són objectes assumits teòricament però no hi ha fins ara evidències directes de la seva existència. Els forats negres supermassius (>100.000 masses solars) que trobem en centres galàctics sí han estat detectats directament, com també els anomenats forats negres estel·lars (<100 masses solars).

De tota manera, sí que hi ha proves indirectes de l’existència de forats negres intermedis a través de l’observació de forats supermassius de centres galàctics, les mesures cinemàtiques de cúmuls estel·lars massius, o el rang de masses que presenten els cúmuls globulars.

Àrees del cel on se situaria l’objecte responsable de GW190521

Dins dels forats negres intermedis, la massa final de GW190521 quedaria en la part baixa del rang. Seria la primera detecció d’una fusió de forats negres estel·lars que genera un forat negre de massa intermèdia.

Lligams:

- GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M. R. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). Physical Review Letters 125: 101102 (2020).

- Properties and Astrophysical Implications of the 150 M Binary Black Hole Merger GW190521. R. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration). The Astrophysical Journal Letters 900: 1 (2020).

dijous, 20 d’agost de 2020

Proposen una supernova situada a 20 parsecs com la causa de les extincions del final del Devonià

La història de la biosfera del nostre planeta no és pas una història d’evolució i progrés uniformes. Etapes de diversificació s’han alternat amb etapes de reducció d’aquesta diversitat. Certament que podem trobar fites excepcionals, com l’aparició d’organismes complexos, que assenyala l’inici del Fanerozoic, fa uns 545 milions d’anys. Dins del Fanerozoic resulta més fàcil, a través de la paleontologia, d’identificar les etapes de diversificació i distingir-les de les etapes de declivi. Una d’aquestes etapes és el Devonià Tardà (fa 376-360 milions d’anys), estadi en el que es registra un període prolongat de baixa especiació (aparició de noves espècies). Aquest període culmina, de fet, amb una autèntica extinció massiva (l’esdeveniment Hangenberg). Hom ha cercat les causes d’aquesta extinció, que marca la transició cap al Carbonífer, en una caiguda precipitada dels nivells d’ozó troposfèric, amb el consegüent augment de la radiació ultraviolada sobre els ecosistemes terrestres (encara molt pobres) i els ecosistemes marins més superficials (els més biodiversos). Però què causà aquesta caiguda dels nivells d’ozó troposfèric? Alguns ho han relacionat amb un augment global de les temperatures. En canvi, Brian D. Fields, professor del Department of Astronomy de la Universitat d’Illinois, proposa que la causa fou una supernova, i ho defensa en un article fet amb els seus col·laboradors i que es publica a la revista PNAS. La supernova s’hauria produït a una distància de 20 parsecs (65 anys-llum) del nostre Sistema Solar. Arran de l’explosió s’hauria produït una acceleració de raigs còsmics que haurien augmentat durant 100.000 anys la radiació ionitzant rebuda per les capes altes de l’atmosfera terrestre. En conseqüència, hi ha hauria hagut la caiguda de l’ozó troposfèric que, combinat amb l’efecte directe de la radiació còsmica, hauria conduït a l’extinció massiva. Una supernova a aquesta distància del Sol és probablement el resultat del col·lapse nuclear d’un estel massiu com els que hi ha en la zona medial del disc de la Via Làctia. La hipòtesi de Fields et al. rebria un suport cabdal si hom detectés la presència de samari-146 o de plutoni-244 en estrats de finals del Devonià.

El Devonià (419-359 milions d’anys abans del present) ha estat considerat el període de formació dels primers boscos veritables sobre terres emergides. En aquest procés, la formació d’una capa d’ozó estratosfèric hauria estat cabdal, ja que ofereix una cobertura a les radiacions ionitzants procedents del Sol

La crisi prolongada del Devonià Tardà

Aquesta recerca fou dissenyada per Brian D. Fields, Adrian L. Melott i John Ellis. En realització participaren Fields, Brian J. Fry, Liu Zhenghai i Jesse A. Miller. Les dades foren analitzades per Melott, Adrienne F. Ertel, Bruce S. Lieberman i Brian C. Thomas.

L’article fou redactat per Fields, Melott, Ellis, Fry, Lieberman i Thomas. La versió que apareix a la revista PNAS fou enllestida el 2 de juliol i acceptada per a publicació, després de l’edició de Neta A. Bahcall, el dia 29.

Si bé el Devonià havia estat inicialment un període de diversificació, especialment marcat per una proliferació d’ecosistemes terrestres, en la darrera part del període es registra una “crisi de biodiversitat” que es manifesta en una davallada de l’aparició de noves espècies en el registre fòssil (“taxa d’especiació”). En aquest context de crisi de biodiversitat es registra un “pols” d’extinció, l’anomenat “esdeveniment de Kellwasser”, que es manifesta sobretot en la fauna marina invertebrada. Deu milions d’anys després de l’extinció Kellwasser hi hagué un altre pols d’extinció, per bé que més moderada, anomenat “esdeveniment Hangenberg”, però que es manifestà en hàbitats marins i terrestres. L’extinció Hangenberg coincideix amb la transició del període Devonià al període Carbonífer (fa uns 359 milions d’anys).

L’esdeveniment Hangenberg queda marcat en el registre fòssil en forma d’una capa d’esquist negra, corresponent a uns fons marins anòxics. Estudis palinològics registren malformacions en grans de pol·len que s’haurien estès en un període de molts milers d’anys, i que ha estat atribuït a un augment de radiació ultraviolada-B com a conseqüència de la depleció d’ozó estratosfèric.

Alguns autors han proposat que aquesta depleció d’ozó estratosfèric es produí com a conseqüència d’un procés d’escalfament global. Una altra explicació, no excloent, assenyala un augment de l’activitat volcànica en el període precedent.

Fields et al. consideren una altra possibilitat: una font astrofísica de radiació ionitzant que hauria causat la caiguda de l’ozó estratosfèric i la cadena següent d’esdeveniments. De fet, aquesta radiació còsmica hauria pogut també contribuir als danys genètics que hi hauria al darrera de les malformacions en els grans de pol·len.

Totes aquestes hipòtesis tenen el problema de la dificultat de fer correlacions estratigràfiques entre localitats, especialment entre ecosistemes marins i ecosistemes terrestres. El registre fòssil disponible no reflecteix probablement més que una fracció de la diversitat de plantes terrestres. Hom distingeix entre un esdeveniment de pèrdua de diversitat d’espores i de pol·len que hauria estat seguit, 300.000 anys més tard, per un pols d’extinció que hauria afectat plantes (proto-arbres), peixos cuirassats, trilobits, ammonits, conodonts, quitinozous, i acritarcs. La crisi de Hangenberg tingué conseqüències en l’evolució ulterior de la biosfera, ja que els grups que no en resultaren gairebé afectats, com taurons, teleostis i tetràpodes pentadàctils, protagonitzen la macrofauna dels 360 milions d’anys següents.

Peixos cuirassats com “Bothriolepsis canadensis” són emblemàtics del període devonià. Cap llinatge de placoderms sobrevisqué l’extinció de final del Devonià

L’extinció del Devonià-Carbonífer hauria estat un procés d’un mínim de 1000 anys. Resulta remarcable que en aquest procés s’hagin detectat espores amb malformacions a les espines i amb pigmentació fosca a la coberta. Aquestes malformacions reflectirien un deteriorament de les condicions ambientals i, molt particularment, un augment a l’exposició de radiació UV-B. Hom suposa que aquesta radiació UV-B arribava a la superfície emergida del planeta arran de la destrucció de la capa estratosfèrica d’ozó.

Escalfament i depleció de la capa d’ozó

Un augment de les temperatures superficials podria haver afavorit els processos convectius i incrementat alhora la presència de vapor d’aigua a l’estratosfera inferior. El vapor d’aigua a l’estratosfera hauria afavorit la conversió de clor inorgànic (HCl, ClONO2) en el radical lliure ClO, el qual hauria catalitzat la destrucció d’ozó (O3). De manera similar, per bé que amb menor abundància, hauria actual el brom inorgànic, en forma de BrO.

Ara bé, aquest procés de depleció s’hauria donat en l’estratosfera inferior (la capa situada entre 12 i 18 km d’altitud), mentre que el gros de la capa d’ozó se situa a altures superiors (20-30 km). Fields et al. pensen, doncs, que aquest mecanisme no seria suficient per explicar l’extinció de final del Devonià. També recorden que aquest procés a través de ClO requeriria un transport continuat de vapor d’aigua a la baixa estratosfera, ja que una arribada episòdica no tindria efectes sostinguts en el temps. Per tal que la caiguda de la capa d’ozó estratosfèrica produeixi l’arribada a la superfície d’una radiació d’UV-B suficient per afectar ecosistemes sencers caldria un fenomen més generalitzat i continuat.

Agents astrofísics de destrucció de la capa d’ozó

Els treballs que han postulat agents astrofísics com a desencadenants o coadjuvants de danys a la biosfera han parlat d’impactes de bòlids, d’emissions solars de protons, d’explosions de supernova, d’esclats de raigs gamma i de fusions d’estels de neutrons (quilonoves). Impactes, esclats de raig gamma i emissions solars de protons produirien, com a molt, un efecte transitori (de menys de 10 anys) sobre la capa estratosfèrica d’ozó.

Altrament seria el cas de les supernoves. Les supernoves emeten d’entrada radiacions electromagnètiques ionitzants (banda extrema de l’ultraviolat i més enllà: raigs X i raigs gamma). La col·lisió entre l’explosió de la supernova i el gas que envolta l’estel crea un xoc que accelera nuclis atòmics fins a altes energies: aquesta emissió de raigs còsmics pot perdurar durant 100.000 anys després de l’explosió inicial.

Fields et al., doncs, pensen que els raigs còsmics produïts per una supernova tindrien capacitat suficient per deplecionar globalment la capa d’ozó estratosfèric durant milers d’anys, amb la consegüent arribada de radiació solar UV-B fins a la superfície planetària. A més, els raigs còsmics, en incidir sobre les capes altes de l’atmosfera, produirien una radiació muònica que també tindria efectes sobre els sistemes biològics. A les radiacions directes i indirectes caldria sumar encara la formació de radioisòtops que augmentarien els nivells de radioactivitat natural.

Sota el terme de supernova hom inclou les supernoves de tipus Ia, que consisteixen en nans blancs que experimenten una acreció explosiva de material procedent d’un company estel·lar menys massiu. Però en el nostre veïnat galàctic és més freqüent una supernova CCS, que resulta del col·lapse del nucli d’un estel massiu (amb masses més de 8 vegades superiors a la del nostre Sol). Hom calcula que cada 30 anys hi ha una supernova CCS a la nostra galàxia. Una supernova CCS situada a 20 parsecs o menys del nostre Sistema Solar podria tenir un efecte considerable sobre la capa estratosfèrica d’ozó de la Terra.

Les supernoves CCS no es distribueixen uniformement a la galàxia. Es troben agregades especialment en les associacions OB d’estels massius. Sovint es troben en sistemes binaris. D’aquesta manera, és possible que supernoves associades poguessin ésser al darrera dels esdeveniments Kellwasser i Hangenberg, o que tota la decadència biològica del període es degués a una cadena massa freqüent de supernoves.

Signatures de radioisòtops indicarien aquestes supernoves de fa 360 milions d’anys

Una supernova situada a menys de 20 parsecs del nostre Sistema Solar no tan sols ens enviaria radiació directa i indirecta. També ens faria arribar residus en forma de pols (partícules de mides d’un micròmetre o inferiors). Aquests grans de pols es dissociarien del plasma durant l’explosió i es propagarien des del romanent magnetitzat de la supernova.

La nostra Terra rebria aquests grans de pols com tot el material micrometeòric que rep de continu. Ara bé, aquests grans de pols de supernova serien carregats d’isòtops radioactius. La presència de ferro-60 que s’ha registrat en sediments oceànics, en la neu antàrtica o en la regolita lunar s’atribueix de fet a una o més supernoves recents de fa 2-3 milions d’anys situades a una distància de 50-100 parsecs del Sistema Solar.

En el cas d’una supernova de fa 360 milions d’anys, Fields et al. indiquen que els isòtops que en restarien seria el samari-146 (amb una semivida de 103 milions d’anys), l’urani-235 (amb una semivida de 704 milions d’anys) i el plutoni-244 (amb una emivida de 80 milions d’anys). Hom ha trobat presència de plutoni-244 en sediments oceànics dels darrers 25 milions d’anys. El plutoni-244, a més, podria ser incorporat in vivo en els ossos, i retingut. En canvi, el samari-146 és massa soluble per ésser retingut, i l’urani-235 seria absorbit sobretot durant el procés de fossilització. Un altre problema de l’urani-235 és que hi ha una part que és primordial a la Terra.

Fields et al. proposen que la detecció de fins i tot uns pocs àtoms plutoni-244 no-antropogènics en fòssils del final del Devonià seria una demostració irrefutable de l’impacte d’un procés r de supernova sobre els ecosistemes de la Terra.

Fields et al. calculen la formació d’aquests isòtops en una supernova a través dels processos r i p, així com el seu transport des de la supernova fins als sediments marins de la Terra. Així fan una estimació del plutoni-244 i samari-146 que caldria esperar en sediments devonians si la seva hipòtesi és certa.

La hipòtesi de Fields et al. també tindria altres implicacions. La ionització de l’atmosfera amb raigs còsmics podria haver augmentat la freqüència de tempestes elèctriques i, en conseqüència, augmentar la deposició de nitrats i els incendis forestals. L’augment del flux de nitrat hauria tingut un efecte fertilitzant i, a través de la captura neta de CO2 atmosfèric, hauria afavorit un refredament global. El cas és que uns 300.000 anys abans de l’esdeveniment de Hangenberg hi ha indicis d’un refredament. També hi ha indicis, durant l’esdeveniment de Hangenberg, d’un augment dels dipòsits de sutge i de carbó, atribuïbles a un augment dels incendis forestals.

La hipòtesi de Fields et al. també implica un augment de la formació de muons energètics com a conseqüència de la interacció entre l’atmosfera i els raigs còsmics procedents de la supernova. Mentre que la radiació UV-B únicament podia afectar els ecosistemes terrestres i la primera capa dels ecosistemes aquàtics, la radiació muònica bé podria penetrar en els oceans fins més enllà de la capa fòtica (a fondàries de fins a 1 km). Durant anys, aquesta radiació muònica podria haver tingut un impacte biològic superior a la radiació UV-B solar. Així doncs, les extincions de megafauna marina (peixos cuirassats, etc.) també podrien haver-se degut a la radiació associada a la supernova.

Haurem de veure, doncs, si les recerques paleontològiques sobre la transició del Devonià al Carbonífer troben o no els indicis assenyalats per Fields et al.

Lligams:

- Supernova triggers for end-Devonian extinctions. Brian D. Fields, Adrian L. Melott, John Ellis, Adrienne F. Ertel, Brian J. Fry, Bruce S. Lieberman, Zhenghai Liu, Jesse A. Miller, Brian C. Thomas. PNAS (2020).

divendres, 7 d’agost de 2020

Lletra a Lancet sobre la gestió de la pandèmia de covid-19 a Espanya

Espanya ha tornat a superar en els darrers dies una incidència acumulada de 70 casos detectats de covid-19 dels darrers 14 dies per cada 100.000 habitants. Concentrada aquesta incidència a Aragó, Catalunya, Navarra, Euskadi i Madrid, és evident que som en una segona onada pandèmica, certament de menor impacte que la primera, que no es pot menystindre en absolut. Aquests dies, de nou, són consultades veus com les d’Alberto García-Basteiro, Alex Arenas, Rafael Bengoa, Carme Borrell, Margarita Del Val, Beatriz González López Valcárcel, Sergio Minué, Daniel Prieto-Alhambra o Helena Legido-Quigley. Aquests i altres noms, tan o més reconeguts en els darrers mesos pel gran públic, signen conjuntament una lletra a The Lancet sobre la necessitat d’una avaluació independent de la resposta a la covid-19 a Espanya.

Les xifres

A data del 4 d’agost, s’havien registrat a Espanya més de 300.000 casos de covid-19. El nombre de morts confirmades per covid-19 és de 28.498, mentre que les dades epidemiològiques assenyalen una mortalitat en excés associada a la pandèmica de 44.000. Paga la pena destacar que dels casos detectats de covid-19, una sisena part (50.000) corresponen a treballadors sanitaris. L’alta mortalitat registrada s’explica en bona mesura pels brots escaiguts en llars residencials de gent gran (on s’han produït 20.000 morts de covid-19).

Quan aquestes dades s’expressen per càpita, Espanya apareix en la llista de països més afectats per la pandèmia. En la lletra a Lancet, García-Basteiro et al. es demanen què ha passat, quan Espanya té un dels millors sistemes sanitaris del món (és el país n. 15 en l’índex de Seguretat Sanitària Global).

Entre les explicacions possibles s’han avançat algunes com ara:
- la manca de preparació per a un pandèmia, amb sistemes de vigilància epidemiològica febles, baixa capacitat per realitat proves de PCR, escassedat d’equips de protecció individual i d’equipament de cures intensives.
- la lenta reacció de les autoritats centrals i autonòmiques.
- la lentitud dels processos de presa de decisió.
- els alts nivells de mobilitat de la població.
- la manca de coordinació entre les autoritats estatals i autonòmiques.
- la baixa atenció a l’assessorament científic.
- l’envelliment demogràfic.
- les desigualtats socials i d’atenció a la salut que pateixen grups vulnerables.
- la manca de preparació dels centres residencials de la tercera edat.
- els efectes d’una dècada de polítiques d’austeritat sobre els sistemes de salut.

Una avaluació independent

García-Basteiro et al. defensen una avaluació independent encaminada a identificar les àrees on és necessària una millora. No es tracta tant de “trobar culpables”. No obstant, l’ambient polític i social sembla adherit a aquesta idea de la “culpabilitat”, projectada fins i tot en els casos individuals de covid-19, i que entre els màxims responsables pren formes de sectarisme partidari.

Lligams:

- The need for an independent evaluation of the COVID-19 response in Spain. Alberto García-Basteiro, Carlos Alvarez-Dardet, Alex Arenas, Rafael Bengoa, Carme Borrell, Margarita Del Val, Manuel Franco, Montse Gea-Sánchez, Juan Jesús Gestal Otero, Beatriz González López Valcárcel, Ildefonso Hernández, Joan Carles March, José M Martin-Moreno, Clara Menéndez, Sergio Minué, Carles Muntaner, Miquel Porta, Daniel Prieto-Alhambra, Carmen Vives-Cases, Helena Legido-Quigley. Lancet (2020).

diumenge, 28 de juny de 2020

La transmissió d’una innovació alimentària en el dofí mular indopacífic

Etologia: En la població de dofí mular indopacífic que viu a Shark Bay, a l’Austràlia Occidental, hi ha alguns individus que s’alimenten de preses atrapades dins de grans closques buides de gasteròpodes marins. En un article a Current Biology encapçalat per Sonja Wild analitzen com aquesta pràctica (que anomenen “shelling”) es difon entre els dofins. Wild et al. mostren, de fet, que les innovacions alimentàries en els dofins poden difondre’s socialment més enllà del vincle materno-filial, és a dir d’una manera no-vertical. Es tracta de la primera quantificació d’una tàctica de depredació apresa no-verticalment en un odontocet. La transmissió de comportaments culturals a través de l’aprenentatge social ha estat descrita en diversos animals no-humans. En la majoria de casos és una transmissió vertical, en la que els pares l’ensenyen a la progènie. La transmissió no-vertical pot fer-se entre individus de la mateixa generació (transmissió horitzontal) o, preferentment, des d’individus de més edat a més joves no directament relacionats (transmissió obliqua). Entre els dofins mulars indopacífics (Tursiops aduncus) de Shark Bay domina clarament la transmissió vertical de la mare a la cria pel que fa als comportaments depredadors. El mèrit de Wild et al. és haver aplicat una anàlisi de difusió basada en xarxa per tal d’identificar que el “shelling” es difon primàriament a través d’una transmissió no-vertical.


Fotografia de Brian W. Schallet que mostra un dofí mular indopacífic al Shark Bay Marine Park

Els dofins de la Badia dels Taurons

Aquest estudi fou concebut per Michael Krützen (del Departament d’Antropologia de la Universitat de Zürich), Simon J. Allen (de la School of Biological Sciences de la University of Bristol) i Sonja Wild (investigadora predoctoral de la Faculty of Biological Sciences de la University of Leeds). Les anàlisis estatístiques foren realitzades per Wild i William J. E. Hoppitt (de la University of Leeds). Wild recollí dades i redactà el primer esborrany.

La recerca fou finançada a través dels projectes que Krützen té amb la Fundació Nacional Suïssa per la Ciència, la SWRRFI d’Austràlia, la National Geographic Society, A.H. Schultz Stiftung, Claraz-Schenkung, Julius-Klaus Stiftung, i W.V. Scott Charitable Trust.

Els autors tenen paraules d’agraïment per a la Shark Bay Salt Pty. Ltd., i pels estudiants i voluntaris que contribuïren a la recollida de dades per a la Dolphin Innovation Project i la Shark Bay Dolphin Research.

Els subjectes d’aquest estudi són els dofins mulars indopacífics (Tursiops aduncus) que viuen de manera salvatge en el golf occidental de la Shark Bay, a Western Australia. Les dades genètiques s’obtingueren a través d’un sistema remot de presa de biòpsies, dins del marc del permisos concedits pel Department of Biodiversity, Conservation and Attractions i el Department of Agriculture and Food. Els protocols foren aprovats pels comitès d’ètica animal de la University of Western Australia, la Murdoch University i la Universitat de Zuric.

Les dades utilitzades foren recollides entre el 2007 i el 2018, dins de les observacions fetes des de vaixell, amb la base en la població de Useless Loop. Cada vegada que el vaixell s’acostava a un grup de dofins, els observadors prenien les dades de localització (per GPS) i determinaven la composició del grup a través de la identificació fotogràfica d’individus. Els individus que es trobaven a menys de 10 metres d’un altre dofí durant els primers cinc minuts de cada encontre eren considerats part del mateix grup. Tots els casos de comportament de “shelling” (la captura d’una closca de gasteròpode marí per consumir els peixos que hi haguessin amagats a dins) eren anotats, indicant la identitat del dofí que ho feia. Aquests individus rebien la designació de “shellers”.

Les biòpsies es prenien de forma oportunista després de cinc minuts d’observacions comportamentuals. S’adreçaven a individus dels que no s’hagués tingut mostra prèvia. Per prendre-la utilitzaven un rifle modificat del calibre 0,22, amb el que disparaven dards de policarbonat amb puntes d’acer inoxidable. Els teixits recollits d’aquesta manera eren guardats en una solució de dimetil-sulfòxid (20%) saturada amb clorur de sodi, a una temperatura de 4°C. En arribar al laboratori, aquestes mostres eren dutes al congelador de -80°C.

En total s’extragué ADN de 295 mostres. El genotipat es feia per tres PCR múltiplex d’un total de 27 loci microsatèl·lits, acoblada amb una seqüenciació ulterior.

Del 293 mostres s’obtingué un genotip per a 24-27 loci, i fou a partir d’elles que es calculà el grau de relació biparental diàdica. Així es podia identificar si dos individus eren mig germans (relació de 0,25), pare i fill (relació de 0,5), germans complets (relació de 0,5), cosins germans (relació de 0,125) o si no tenien cap parentiu (relació de 0). Com que els hàbits de depredació en els dofins mulars indopacífics s’aprenen bàsicament de la mare, de les mostres d’ADN es realitzà una amplificació del fragment D-Loop de l’ADN mitocondrial (d’herència materna) per tal d’assignar cada individu a un llinatge matern. En les mostres analitzades s’identificaren els haplotips A, B, D, E, H, F, I i K. A nivell d’anàlisi, aquests haplotips es condensaren en tres haplogrups: E, D i “altres”.

Al mateix temps, de cada mostra individual es feien PCR dels loci ZFX i SRY per tal de determinar el sexe de l’individu.

En l’anàlisi de difusió basat en xarxa (NBDA) cal combinar una bona mida mostral amb la qualitat de dades. D’aquesta manera, convé excloure individus dels quals tan sols s’han fet unes poques observacions, per tal que la qualitat de les dades augmenti encara que sigui en detriment de la mida mostral. Així, Wild et al. tan sols tingueren en compte les de 538 individus, dels quals s’havien fet un mínim de cinc avistaments.


Localitzacions de les observacions utilitzades en aquest estudi

L’hàbit de pescar amb closques buides

Entre el 2007 i el 2018, en el marc de 5278 encontres amb grups de dofins, s’identificaren un total de 1.035 individus diferents. En aquests observacions es detectaren 42 casos de consum de closca (“shelling event”), realitzats per 19 individus de tres llinatges mitocondrials diferents. Certament, el “shelling” és un hàbit rar, però Wild et al. alerten que és un comportament que se sol despatxar en pocs segons i que, per tant, és fàcil que passi desapercebut als observadors. Per això tingueren en compte una submostra de 310 individus pels quals hi havia hagut un mínim d’11 observacions. D’aquests 310 individus, 15 eren “shellers” (6 femelles i 9 mascles).

Per investigar la via de transmissió d’aquest comportament, Wild et al. realitzaren una anàlisi de difusió d’ordre d’adquisició. En aquesta tècnica es combinen les dades de xarxa social (el fet que dos individus pertanyin al mateix grup), d’entorn (el fet que dos individus es trobin en ambients semblants) i de genètica (el fet que dos individus tinguin una relació de parentiu). D’acord amb aquests models, els resultats indicarien que la transmissió d’aquest comportament seria eminentment social. Que el comportament sigui “descobert” de manera individual, o que sigui “heretat”, no encaixa amb les dades. Tampoc no seria un aprenentatge vertical, transmès per la mare a la progènie. Quedaria, doncs, una transmissió social no-vertical, incloses la transmissió horitzontal (entre individus de la mateixa generació) o l’obliqua (entre un individu d’una generació anterior i un de més jove).

La transmissió social del “shelling” semblaria més efectiva en grups petits que no pas en grups més grans. Aquesta transmissió social sembla independent de factors com el sexe, l’haplotip mitocondrial o la fondària marina. Existeixen, però, diferències en la velocitat d’aprenentatge relacionada amb l’haplotip, de manera que els dofins amb haplotip D i E ho fan molt més ràpidament que els altres haplotips.

Wild et al. ofereixen la primera prova quantitativa d’un comportament alimentari de transmissió no-vertical en un odontocet. Caldrà ampliar la base de dades d’observacions per poder distingir si és una transmissió obliqua o horitzontal. Pel que se sap, aquesta transmissió dependria de la durada i freqüència de proximitat entre el “demostrador” i l’“aprenent”, i seria més efectiva en grups més petits, on les relacions interindividuals serien més focalitzades. En els dofins de Shark Bay, aquestes relacions més estretes són típiques entre mascles de grups socials més cohesius, però les femelles també mostren alts nivells de tolerància social.

Wild et al. contrasten la pràctica del “shelling” amb la de l’“sponging”. L’“sponging” s’aprèn de manera vertical, sobretot apresa per les filles a partir de la mare, en el marc de l’adopció de les mateixes àrees de pesca (els dofins mulars de Shark Bay són en aquest sentit matrilocals). El “shelling”, però, seria una estratègia més oportunista, que no requereix l’especialització de l’“sponging”.

La recopilació de dades esclarirà aspectes com ara el percentatge de dofins que adquireixen el “shelling” de manera asocial, és a dir de forma individual (Wild et al. ho estimen en un 43%). El “shelling”, com el “sponging”, són exemples d’ús d’eines de pesca per part dels dofins. En el “shelling” el dofí utilitza la closca buida d’un gasteròpode marí per atrapar preses. Després de mantindre-la submergida, el dofí treu la closca de l’aigua, i la sacseja per fer caure el peix o peixos que hi hagin entrat.



Lligams:
- Integrating Genetic, Environmental, and Social Networks to Reveal Transmission Pathways of a Dolphin Foraging Innovation. Sonja Wild, William J.E. Hoppitt, Simon J. Allen, Michael Krützen. Current Biology (2020).
- Shark Bay Dolphin Research.

divendres, 26 de juny de 2020

Els mukupírnids en l’evolució dels vombatiformes

Paleontologia: Robin Beck és el primer autor d’un report que descriu a partir d’un espècimen de marsupial diprotodontià de la Formació Namba d’Austràlia del Sud, de 25-26 milions d’anys d’antiguitat, una “nova família”, la dels mukupírnids, a partir d’aquesta “nova espècie” designada com a Mukupirna nambensis. L’espècimen preserva característiques cranials i post-cranials de l’esquelet d’un animal que visqué en l’Oligocè Tardà. Hi ha pocs espècimens tan complets de marsupials fòssils d’aquesta antiguitat a Austràlia. Beck et al. consideren Mukupirna nambensis entre els vombatiformes, entre les formes modernes dels quals tenim els uombats (família dels vombàtids) i els coales (família dels fascolàrctids). Dels vombatiformes ja s’havien descrit diverses famílies fòssils, però la dels mukupírnids presenta alguns trets morfològics divergents. Beck et al. assenyalen diversos aspectes del crani i de les dents que situen els mukupírnids a mig camí entre els uombats actuals i els wynyàrdids fòssils. M. nambensis devia ésser una espècie de capacitats excavadores, però amb una massa corporal considerable (143-171 kg, cinc vegades la d’un uombat modern) no seria un perforador de túnels. Beck et al. també defineixen la superfamília Vombatoidea, integrada per vombàtids i mukupírnids. M. nambensis evidenciaria com algunes adaptacions excavadores serien més antigues en els vombatoids a l’aparició de molars de creixement continu (hipselodonts), que s’hauria generalitzat entre els vombàtids a partir del Miocè. Els molars dels ancestres dels vombatiforms eren selenodonts, amb una morfologia que veiem entre els coales (fascolàrctids) i en els ilàriids fòssils. De la selenodòntia hom passà a la selenofodòntia present en el wynyardiids i vombatoids, i d’allà a la bunolofodòntia dels vombatiforms, i encara després a la lofodòntia plena dels diprotodontoids. La mida corporal de M. nambensis no seria del tot excepcional entre els vombatiformes, i hi hauria altres cinc llinatges del grup que haurien assolit de manera independent aquestes dimensions, alguns dels qual també ho feren en l’Oligocè tardà.


Crani AMNH FM 102646 que ha servit d’holotip a l’espècie “Mukupirna nambensis”, en visió ventral (b), visió ventromedial de la regió rostral del costat dret (b) i visió ventromedial de la regió posterior del costat dret.

Els vombatiforms

Richard H. Tedford (1925-2011) és comptat entre els autors. Des de la Division of Paleontology de la American Museum of Natural History, de New York, realitzà nombrosos contribucions sobre la fauna mastològica de l’Era Terciària australiana.

Robin M. D. Beck és investigador del Ecosystems and Environment Research Centre, de la School of Science, Engineering and Environment, de la University of Salford, a Manchester. També és membre del PANGEA Research Centre, de la School of Biological, Earth and Environmental Sciences, de la University of New South Wales, Sydney, centre al qual pertanyen també Michael Archer i Karen H. Black.

Julien Louys és membre del Australian Research Centre for Human Evolution, del Environmental Futures Research Institute, de la Griffith University, de Queensland.

Philippa Brewer és investigadora del Department of Earth Sciences, del Natural History Museum, de London.


El uombat comú (“Vombatus ursinus”) és una de les tres espècies vives de uombats

Actualment, del clade dels vombatiformes tan sols resten tres espècies de la família dels vombàtids (Vombatus ursinus, Lasiorhinus latifrons i Lasiorhinus krefftii) i una de la família dels fascolàrctids (Phascolarctos cinereus), és a dir tres espècies de uombat i una espècia de coala.


El coala (“Phascolarctos cinereus”) és la quarta espècie vivent de vombatiform

Els vombatiforms són de vegades considerats un subordre dins de l’ordre dels diprotodontis (Diprotodontia). Dins d’aquest mateix ordre tindríem els falangèrids (Phalangerida), dins dels quals trobem els opòssums, els cangurs, els wallabis i les rates-cangur. En l’actualitat els falangèrids són força més diversos que els vombatiforms, però si comptem les formes fòssils de vombatiforms veiem un tàxons altament divers. Hi hagué entre els palorquèstids herbívors grans, de la mida d’un tapir. Hi hagué entre els tilacoleònids els “lleons marsupials”. De fet, el clades dels vombatiforms encara presentava una diversitat considerable a l’entrada del Pleistocè, durant el qual s’extingiren els darrers representants dels palorquèstids, dels tilacoleònids i dels diprotodòntids. Durant el Pleistocè també s’extingiren diverses espècies de vombàtids i fascolàrtids, fins arribar a la situació actual, on aquestes famílies són integrades, respectives, per tres i una espècies.

La imatge dels uombats i coales actuals contrasta amb la dels vombatiformes fòssils més coneguts del Pleistocè: Diprotodon optatum feia més de 2 tones, Palorchestes azael fou la versió marsupial del tapir, i Thylacoleo carnifex era el senyor de la cadena tròfica de l’ecosistema on va viure. Però tan les espècies pleistocèniques com les holocèniques dels vombatiforms són organismes altament derivats, amb una notable especialització.

Per tal de reconèixer les relacions internes entre els vombatiforms, Beck et al. defensen l’estudi de fòssils de l’Oligocè i del Miocè. És a partir d’un crani i d’un esquelet postcranial parcial procedent de la Fauna Local Pinpa de la Formació Namba de la Conca del Llac Eyre (al cantó nord-oriental de l’estat d’Austràlia del Sud) que fan la descripció de l’espècie Mukupirna nambensis. Amb una antiguitat de 25-26 milions d’anys (Oligocè Tardà), és un dels marsupials fòssils més antics dels que s’han preservat elements de l’esquelet postcranial.

Mukupirna nambensis

Beck et al. consideren que Mukupirna nambensis mereix ésser inclosa en un gènere propi (Mukupirna) i en una família pròpia, Mukupirnidae. S’inclouria dins de la superfamília Vombatoidea (descrita per Kirsch en el 1968), dins de la infraordre Vombatomorphia (descrit per Aplin i Archer en el 1987), dins del subordre Vombatiformes (descrit per Woodburne el 1984) i dins de l’ordre Diprotodontia (descrit per Owen el 1866).

Beck et al. justifiquen no incloure Mukupirna nambensis en la família Wynyardiidae pel fet de posseir un premolar P3 que manca de cúspide posterolingual, una selenodòntia menys ben desenvolupada, un procés massetèric menys ben desenvolupats, vacuïtats palatals completament encerclades pels palatins, una cresta deltopectoral proporcionalment més llarga, un final distal més ample de l’húmer i un olècranon més llarg de l’ulna. A més, Mukupirina nambensis es caracteritza per una mida corporal considerable, que Beck et al. estimen en 143-171 kg.

D’altra banda, Mukupirna nambesis difereix de la família Vombatidae pel fet mancar de molars bilobats, retindre tres incisius superiors i el caní superior. Els vombàtids moderns són hipselodonts, és a dir que els creixen els premolars i molars durant tota la vida, reposant així el desgast: en canvi, en M. nambensis les arrels de premolars i molars són tancades.

L’holotip de M. nambensis és el fòssil catalogat com a QMAM 168 o com a AMNH FM 102646. Com indica aquesta designació es troba en la col·lecció de la Division of Paleontology del American Museum of Natural History. Fou estudiat originàriament per Dick Tedford. Els altres autors agraeixen a Ruth O’Leary la informació sobre la peça, així com el treball que hi va fer Carol Munson. La part cranial de la peça fa 197 mm de llarg, i es troba esclafada de tal manera que no s’ha preservat la superfície dorsal. La part postcranial inclou vèrtebres, costelles, les dues escàpules, el braç esquerre, el fèmur esquerre i dret, i alguns altres ossos. En la part cranial s’observa una dentició adulta però poc gastada. Cal pensar que es tractava d’un subadult o d’un jove adult.

Beck et al. consultaren a Peter Austin i al difunt Luise Hercus sobre la llengua dieri per tal de fer-la servir en la nomenclatura científica. Mukupirna és un compost llatí fet a partir dels mots dieri (diyari) “muku” (ossos) i “pirna” (gros). La llengua dieri és la pròpia de la zona que envolta el Llac Eyre.
L’adjectiu “nambensis” fa referència a la Formació Namba. L’holotip fou trobat, efectivament, en el Lloc C del Llac Pinpa, corresponent a la Formació Namba, dins de l’àrea del Llac Frome. La Formació Namba s’ha correlacionat, d’acord amb dades isotòpiques, foraminiferals, magnetostratigràfiques i radiomètriques, amb la Formació Etadunna, la qual s’estima d’una antiguitat de 24-26 milions d’anys, és a dir corresponent a l’Oligocè tardà.

El lloc de Mukupirna nambensis entre els vombatiforms

La morfologia craniodental de Mukupirna nambensis el situa a mig camí entre els wynyardiids (Namilamadeta, Muramura) i els vombàtids. Entre els vombatiforms, els molars superiors poden ésser lofodonts (com passa entre els diprotodòntids i els palorquèstids), completament selenodonts (com passa en els ilariids i els fascolàrctids) o bunodont-bunolofodonts (com és el cas dels tilacoleònids). En el cas de M. nambensis hom troba característiques selenolofodòntiques, intermèdies entre la lofodòntia i la selendòntia.

Algunes característiques dels ossos de l’extremitat anterior, indicarien que M. nambensis tenia capacitat excavadora similar a la dels uombats moderns (Lasiorhinus latifrons i Vombatus ursinus). Ara bé, el fet que hi manqui una cresta deltopectoral hipertrofiada indicaria que no seria un veritable excavador de llodrigueres.

Una anàlisi filogenètica

A través de 79 caràcters craniodentals i 20 caràcter postcranials, Beck et al. han realitzat una anàlisi filogenètica incloent-hi els vombatiformes prèviament coneguts. Mukupirna quedaria com el tàxon germà dels Vombatidae. Per això Beck et al. proposen definir els Vombatoidea com la suma dels Vombatidae i dels Mukupirnidae.

La mida corporal de Mukupirna nambensis

No és cosa fàcil estimar les dimensions d’un organisme a partir d’una col·lecció incompleta de dades esquelètiques fossilitzades. Aplicant-hi equacions de regressió a la circumferència femoral, obtenen un valor de 143 kg. Si consideren una combinació de les circumferències humeral i femoral, estimen una massa corporal de 171 kg. En qualsevol cas, es tractaria de cinc vegades més la massa corporal dels vombatiforms moderns.

L’ancestre comú darrer de tots els vombatiforms devia ésser un animal petit, de 5,5 kg, és a dir una mica inferior a la del coala modern. Dins dels vombatiforms haurien aparegut formes de més de 100 kg en sis llinatges independents (o set si hom assum que T. carnifex també superava els 100 kg).


La massa corporal en la filogènia dels vombatiforms

Mukupirna nambensis indicaria que algunes adaptacions a les excavació dels Vombatoidea aparegueren en un ancestre que encara presentava una dentició molar selenolofodonta. Dit d’una altra manera, que en la història evolutiva dels uombats, la capacitat excavadora aparegué abans que la hipselodòntia. Ara bé, M. nambensis no tenia la musculatura típica que permet als uombats ésser uns veritables excavadors de galeries.

Lligams:
- A new family of diprotodontian marsupials from the latest Oligocene of Australia and the evolution of wombats, koalas, and their relatives (Vombatiformes). Robin M. D. Beck, Julien Louys, Philippa Brewer, Michael Archer, Karen H. Black, Richard H. Tedford. Scientific Reports 10: 9741 (2020)

dissabte, 20 de juny de 2020

Un període fonamental de temps no pas superior a 1E-33 segons

Ahir la revista Physical Review Letters publicava un article de Garrett Wendel, Luis Martínez i Martin Bojowald, del Department of Physics de The Pennsylvania State University, sobre les implicacions físiques d’un període fonamental de temps. Wendel et al. exploren les conseqüències de descriure el temps, no pas com una coordenada contínua, sinó com un procés fonamental discontinu. El temps interactuaria, doncs, amb qualsevol sistema físic que mostrés una evolució temporal. És clar que la dinàmica resultant exigiria que aquest període fonamental de temps fos prou petit. Wendel et al. calculen un límit superior fort TC que seria de 10-33 s. Les tècniques actuals no poden mesurar períodes de temps fins i tot diversos ordres de magnitud superiors a aquest valor.

El temps de Planck

Max Planck proposà en el seu moment la definició d’unitats naturals a partir de les constants universals. Existeixen diferents variacions del “temps de Planck”, però la més habitual combina la velocitat de la llum en el buit (c), la constant de gravitació universal de Newton (G) i la constant modificada de Planck (ħ) en l’expressió ((ħG/c5)1/2), que equival a 5,39·10-44 segons. Alguns han suggerit que aquest “temps de Planck” no tan sols seria una “unitat natural” de temps sinó fins i tot el període fonamental de temps, la unitat indivisible de temps. Com que períodes temporals d’aquest ordre de magnitud queden fora de qualsevol tècnica cronomètrica disponible podem tractar de tota manera el temps com una coordenada contínua.

Garrett Wendel, Luis Martínez i Martin Bojowald, però, proposen una aproximació indirecta per aconseguir informació sobre el període fonamental de temps. Posem com a analogia la del moviment brownià que, a través de l’estudi per microscòpia òptica de grans de pol·len, conduí a la confirmació de la natura atòmica de la matèria, per bé que un gra de pol·len és set ordres de magnitud superior a un àtom. Val a dir que Wendel et al. han de fer un salt més ample, per la qual cosa requereixen un model físic detallat que magnifiqui la sensibilitat d’una mesura directa.

La mecànica quàntica d’un model físic del temps

Wendel et al. descriuen la mecànica quàntica d’un model físic del temps com a variable dinàmica i oscil·lant d’un rellotge físic. Això contrasta amb la visió del temps com a paràmetre extern monotònic. És des d’aquest model que troben un límit superior per a un període fonamental del temps de deu ordres de magnitud superior al temps de Planck. Ara bé, un temps de l’ordre de 10-33 s segueix ben lluny de les nostres capacitats tecnològiques de cronometria.

El primer problema d’aquest model sorgeix del requeriment d’unitaritat de l’operador d’evolució entre dos estats, ψ(0) i ψ(t), és a dir de Û(t)=exp(-i^Ĥt/ħ), on Ĥ és el halmitonià del sistema en evolució. Mantindre aquest requeriment per a tot valor de t faria impossible una variable temporal dinàmica i oscil·lant que tornés de nou al seu valor inicial després de cada cicle de rellotge. Aquesta variable temporal, a més, hauria d’ésser sotmesa a fluctuacions quàntiques sense una direcció preferida. Aquest problema és un dels obstacles a la quantiquització de sistemes relativístics generals on no hi ha temps absolut, és a dir al desenvolupament teòric de la gravetat quàntica o de la cosmologia quàntica en general.

En el 1950, Paul Dirac analitzà propietats generals de sistemes restringits quànticament rellevants per a sistemes relativístics. Dirac suggeria una construcció desparametritzadora que mostraria que el temps físic requereix una dinàmica restringida. Tant el temps com el sistema serien quantitzats en un model estès que inclouria tots els graus rellevants de llibertat, de manera que les energies de la variable temporal i del sistema haurien d’ésser exactament equilibrades.

Wendel et al. parteixen de l’equació de Friedmann per arribar a:
C = -Hmatèria(V) + 6πG·c-2·V·pV2 = 0

On V és el volum espacial (el cub del factor escalar a) i pV és el seu moment.

De forma relacionada, l’expansió de l’univers es pot descriure a través d’una funció V(φ) que determina el volum en referència al valor de l’escalar. Així el temps és inclòs en el subsistema físic, i no introduït com a coordenada externa.

Wendel et al. opten per fer ús d’una variable oscil·lant que entra un hamiltonia bàsic amb una energia cinètica estándar i un terme de potencial d’autointeracció sense límits més damunt. D’aquesta manera la variable de temps monotònic (τ) emergiria d’una variable fonamental oscil·lant (φ). El període de rellotge TC es deduiria a partir de l’equació de Schrödinger com a igual a 4H/λ. Aquest període TC seria molt inferior al període del sistema, la qual cosa explica que la dinàmica sigui indistingible del que sabem de la mecànica quàntica estàndard.

Els rellotges atòmics

La precisió relativa de mesura del temps per als rellotges atòmics recents és de 10-19, que treballen amb períodes de sistema de l’ordre de 2 femtosegons. Són rellotges que fan servir la transició 3P0 -> 1S0 de longitud d’ona de 698 nm. D’acord amb aquesta precisió, Wendel et al. obtenen una límit superior per a TC de 10-33 s. Si TC fos superior, no s’hauria pogut assolir aquest nivell de precisió. El desenvolupament de rellotges atòmics més precisos requeriria doncs que el valor de TC fos encara inferior. El més rellevant és que, tot i la diferència d’ordres de magnitud de precisió (de 10-19
s a 10-33 s), és possible deduir dels rellotges atòmics algunes característiques del període fonamental del temps.

Lligams:
- Physical Implications of a Fundamental Period of Time. Garrett Wendel, Luis Martínez, Martin Bojowald. Phys. Rev. Lett. 124: 241301 (2020).