Tartrazina per fer transparent la pell de ratolins vius

Òptica: El Laboratori de Bioimatge Dinàmica de Zihao Ou de la University of Texas at Dallas treballa en la intersecció de la biologia, la física i la ciència de materials per a elaborar instruments i tècniques d’obtenció d’imatges intravitals. La pell, primera barrera del sistema immunitari dels mamífers, és alhora el primer obstacle per a l’obtenció d’imatges dinàmiques en organismes vius, però Ou et al. ens mostren en un article a la revista Science com es pot assolir la transparència òptica amb molècules absorbents. Com diu l’editor de Science, Marc S. Levine sembla paradoxal que per augmentar la transparència de la pell, Ou et al. utilitzin pigments fortament opacs. La tartrazina que utilitzen Ou et al. és molt absorbent en la banda de l’ultraviolat proper i en la zona blava de l’espectre visible, però justament per això acaba per millorar la transparència òptica de les zones de la llum visible de major longitud d’ona (del verd al vermell). En efecte la forta absorció en la regió blava de l’espectre condueix a un augment de l’índex refractiu en la regió vermella sense que augmenti l’absorció en aquesta regió. Ou et al. han provat aquesta tècnica en fantasmes de dispersió, en teixit de pit de pollastre mort i en ratolins vius. Els efectes són transitoris amb una reversibilitat que mostra el potencial d’aquesta tècnica en estudis fisiològics.

Ou et al. han assolit la transparència òptica en ratolins vius amb l’ús de molècules altament absorbents. Aquests pigments, dissolts en aigua, poden modificar l’índex refractiu del medi a través de les relacions Kramer-Kronig fins a situar-lo al nivell de components del teixit com els lípids. La tècnica permet la visualització reversible de tot un seguit d’estructures i activitats profundes de l’animal.

L’opacitat de les estructures biològiques complexes

Com més complexa és l’estructura d’un material biològica més notòria es fa la capacitat d’aquest material per dispersar la llum i fer-se opac. Des del punt de mira òptic això es deu al fet que diferents components dels teixits biològics tenen diferents índex refractius. L’aplicació de la microscòpia òptica en histologia, doncs, ha de recórrer a solucions com l’obtenció de talls ultrafins. Existeixen, però, mètodes d’obtenció d’imatges òptiques en teixits vius que aconsegueixen un cert poder de penetració: microscòpia de dos fotons, microscòpia de fluorescència en l’infraroig proper, aclariment òptic de teixit, etc.

El laboratori d’Ou treballa en el desenvolupament de mètodes òptics que maximitzin el poder de penetració en el teixit viu i també la capacitat de resolució espacial i temporal. No és només aconseguir imatge de teixits vius, sinó que tinguin prou qualitat com perquè siguin rellevants per a la neurociència, la biomedicina, etc.

Molècules de forta absorció per assolir la transparència òptica

Per Ou et al. ací no hi ha cap paradoxa. El punt de partida era la hipòtesi que molècules amb una forta capacitat d’absorció poden induir la transparència òptica de teixits biològics vius. Com s’ha dit, l’opacitat dels teixits biològics s’explica per la disparitat en l’índex refractiu dels diferents components. Mitjançant el model oscil·lador de Lorentz, Ou et al. calculen les propietats dielèctriques de components tissulars i de diferents pigments. Troben en aquestes simulacions que una molècula de pigment que tingui una ressonància d’absorció forta en l’ultraviolat proper (longituds d’ona de 300 a 400 nm) i en la regió blava de l’espectre visible (de 400 a 500 nm) podria provocar una elevació de la part real de l’índex refractiu del medi en longituds d’ona superiors. La clau ací es troba en la capacitat de dissoldre el pigment en un medi aquós compatible amb el teixit viu. Matemàticament, l’índex refractiu es pot tractar a través d’una funció complexa, amb una part real i una part imaginària que connecten a través de relacions de Kramers-Kronig. Pigments hidrosolubles, doncs, poden reduir el contrast dels índex refractius de la fase aquosa i de la fase lipídica d’un teixit, i per tant reduir-ne l’opacitat.

La tartrazina

Ou et al. cercaren un pigment que encaixés en aquesta teoria. Havia d’ésser un pigment soluble en aigua. Optaren finalment per la tartrazina, entre d’altre raons perquè és un colorant alimentari aprovat de la US Food and Drug Administration, i que és utilitzat habitualment com a tal per la indústria (en les etiquetes apareix com a E-102).

Ou et al. mostren com la tartrazina té la capacitat de fer transparents la pell, el múscul i els teixits connectius en ratolins vius.

En una primera fase experimental, Ou et al. treballaren en hidrogels dispersants. Aquests hidrogels reprodueixen el comportament òptic de teixits vius. L’addició de tartrazina a l’hidrogel fa que prengui un color ataronjat, però també fa que sigui transparent convertint-se en un ‘fantasma de dispersió’.

En una segona fase experimental, Ou et al. treballen en teixits biològics ex vivo. Amb la tartrazina aconsegueixen disminuir l’opacitat de teixit de pit de pollastre.

Aquests experiments inicials demostraven que si hom aconseguia la transparència a través d’uns mil·límetres de medi dispersador, es podia arribar a una resolució espacial de l’ordre de micròmetres.

Amb la tartrazina aplicada sobre l’abdomen d’un ratolí viu, l’opacitat torna transparència. Aquesta tècnica de transparentació abdominal, combinada amb el marcatge de neurones entèriques amb proteïna fluorescent permet seguir la motilitat intestinal in vivo. D’aquesta manera han pogut generar mapes d’evolució temporal de la motilitat intestinal del ratolí que recullen la diversitat de patrons de moviment.

En una altra sèrie d’experiments apliquen solucions de tartrazina a la pell del crani d’un cap de ratolí. Poden visualitzar això vasos sanguinis cerebrals.

També han aplicat solucions de tartrazina a la pota posterior d’un ratolí arribant a obtindre imatges microscòpiques dels sarcòmers musculars.

Reducció de la dispersió

El model d’oscil·lador de Lorentz prediu que molècules amb baixes freqüències de ressonància (és a dir amb longituds d’ones d’absorció relativament llargues), pics forts d’absorció i riques en electrons deslocalitzats tenen la capacitat d’elevar l’índex refractiu del medi aquós on són dissoltes. En aquest sentit són una alternativa als agents aclaridors òptics convencionals com el glicerol.

La solució de tartrazina permet accedir visualment a l’estructura, activitat i funció de teixits i òrgans profunds, com els budells, els músculs o els vasos sanguinis cerebrals. Són així una alternativa a les tècniques clàssiques basades en la retirada quirúrgica dels teixits intermedis o a la seva substitució per finestres transparents.

Ara bé, les solucions de tartrazina redueixen la dispersió però no l’eliminen. Ou et al. confien en poder millorar la tècnica per aconseguir un millor aparellament dels índexs refractius dels components de teixits heterogenis. La difusió de les molècules absorbents resulta clau per regular la profunditat de penetració necessària per a cada ocasió.

Lligams:

- Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules. Zihao Ou, Yi-Shiou Duh, Nicholas J. Rommelfanger, Carl H. C. Keck, Shan Jiang, Kenneth Brinson Jr, Su Zhao, Elizabeth L. Schmidt, Xiang Wu, Fan Yang, Betty Cai, Han Cui, Wei Qi, Shifu Wu, Adarsh Tantry, Richard Roth, Jun Ding, Xiaoke Chen, Julia A. Kaltschmidt, Mark L. Brongersma, Guosong Hong. Science 385: 6713 (2024).

Les Muntanyes Zagros en l’encreuament entre l’home de Neandertal i l’home anatòmicament modern

Paleoantropologia: Ara fa unes setmanes comentàvem la complexitat dels fluxos genètics entre l’Homo sapiens i l’Homo neanderthalensis. L’existència d’aquests fluxos gènics sembla ben establerta. Ara bé, hom no ha elucidat la geocronologia precisa d’aquests fluxos, en gran mesura per l’escassedat de dades fòssils i, per tant encara més, d’ADN antic. Saman Heydari-Guran proposa ha liderat una recerca indirecta sobre aquest particular, emprant la modelització de nínxol ecològic per reconstruir la paleodistribució d’aquestes dues espècies a l’Euràsia Central, i així definir les zones potencials de contacte i d’hibridació. En un article a Scientific Reports, Guran et al. expliquen que s’han fixat particularment en el període MIS 5 (estadi isotòpic marí 5, fa 120-80 milers d’anys), en el qual la bibliografia situa la segona onada d’encreuament entre les dues espècies humanes. En l’anàlisi Guran et al. utilitzen variables climàtiques i topogràfiques al costat de les coordenades dels jaciments arqueològics que han estat assignats a una o a altra espècie. La Serralada del Zagros hauria estat una zona potencialment de contacte i encreuament. Guran et al. pensen que els Zagros actuaren com a corredor entre els reialmes paleàrtic i afrotropical, facilitant la dispersió cap al nord de l’home anatòmicament modern i la dispersió cap al sud de l’home de Neandertal durant el MIS 5. Guran et al. també enumeren dades arqueològiques i genètiques d’estudis fets en les darreres dècades.

Guran et al. han modelitzat els hàbitats idonis per a ‘Homo sapiens’ i per a ‘Homo neanderthalensis’ al sud-oest d’Àsia i al sud-est d’Europea

La barreja biocultural del Pleistocè Tardà

Saman H. Guran (Institut d’Arqueologia Prehistòrica de la Universitat de Colònia i Institut DiyarMehr de Recerca Paleolítica de Kermanshah) i Masoud Yousefi (del Museu de la Stiftung Neanderthal de Mettmann i de la Universitat Hakim Sabzevari) contribuïren conjuntament al disseny i concepció de l’estudi. Anooshe Kafash (de la Universitat d’Aarhus) contribuí a l’anàlisi de dades. Elham Ghasidian (DiyarMehr, Mettmann) a la revisió i edició.

En les darreres dècades ens hem fet una composició més precisa del caràcter poliespecífic de la humanitat durant el Pleistocè Tardà. Alhora sabem que les diferents espècies entraren en major o mesura en contactes bioculturals. Aquestes espècies o grups són els neandertals, els homes arcaics, els homes moderns i els denisovans.

Hom ha estudiat especialment l’impacte aquesta barreja en el genoma humà actual. Des de fa algunes desenes de milers d’anys la humanitat és monoespecífica, però encara en el seu si hi ha restes dels múltiples llinatges pleistocènics. L’home de Neandertal aparegué fa uns 400.000 anys i s’extingí fa uns 40.000, en part per absorció i dilució en l’home anatòmicament modern. L’home de Neandertal era l’espècie humana típica del reialme geogràfic paleàrtic, el qual inclou des de l’Europa Occidental fins a les muntanyes d’Altai. Fa uns 150.000 anys, l’home de Neandertal experimentà una expansió, d’una banda cap a l’est d’Àsia i de l’altra cap a l’Àsia sud-occidental.

L’home anatòmicament modern (H. sapiens) hauria aparegut a Àfrica fa 300.000 anys. Fa uns 200.000 anys experimentà les primeres expansions cap a Euràsia, i fa uns 120.000 anys hauria arribat a l’Àsia Oriental. Més tardanament, fa uns 60.000 anys, s’hauria difós a Europa. En aquesta expansió aquesta espècie d’origen afrotropical va haver d’adaptar-se a climes d’altiplà, de muntanya i àrtics.

Durant el període MIS 5, fa entre 120.000 i 80.000 anys, hi hagué una segona onada d’hibridació entre sapiens i neandertals.

Guran et al. empren un model de nínxol ecològic per investigar la paleodistribució de sapiens i neandertals durant el MIS 5. Aquest model combina dades paleoantropològiques i paleoambientals.

Reconstrucció de la zona de contacte i hibridació

Guran et al. parteixen de 38 punts de presència de neandertals i de 45 punts de presència de sapiens, inclosos en la base de dades ROCEEH. Assumeixen que la primera onada d’hibridació fou fa 250-200 milers d’anys, que la segona fou fa 120-100 milers d’anys i la tercera fa 60-50 milers d’anys. Les dades paleoambientals utilitzades són de la base de dades Oscillayers. Com a indicadors de model de paleodistribució utilitzen l’àrea sota la corba.

Guran et al. ofereixen dos models de paleodistribució, un per als neandertals (amb un àrea sota la corba de 941) i un altre per als homes anatòmicament moderns (amb un àrea sota la corba de 895). El model dels neandertals indica que al nord i a l’oest de la Mar Mediterrània cap al Pròxim Orient, hi havia àmplies regions, en les actuals Turquia, al voltant de la Mar Negra, al sud de la Mar Càspia, dels Taurus, del Caucas i del Zagros, que eren altament idònies per a aquesta espècie durant el MIS 5.

Els sapiens trobaven zones idònies en regions àmplies i contínues a Àfrica, Aràbia i a l’Altiplà Iranià. Així doncs el Zagros podria ser una zona potencial de contacte i hibridació entre sapiens i neandertals.

Variables ambientals

Aquestes zones de distribució serien determinades per variables ambientals. La més rellevant per als neandertals, amb una contribució del 58,5%, seria la temperatura màxima del mes més càlid (amb una associació negativa). Hi seguirien la temperatura mínima del mes més fred (19,7% de contribució) i la precipitació anual (16,5%).

Per als sapiens les variables ambientals més rellevants serien el pendent (35,6% de contribució), la diversitat topogràfica (26%) i la precipitació del trimestre més càlid (14%).

Els canvis de precipitació al Zagros durant 100.000 anys

Guran et al. es fixen en l’evolució de la precipitació al Zagros entre fa 140.000 i 40.000 anys, seguint intervals d’una dècada. El màxim de precipitació tingué lloc fa 120.000 anys, època en la que s’hauria afavorit la presència a la serralada tant de sapiens com de neandertals, i per tant la potencial interacció.

El Zagros del MIS 5 en la història de la humanitat pleistocènica

Guran et al. proposen el Zagros de principi del MIS 5 com un moment crucial en la hibridació entre sapiens i neandertals. Val a dir que dades genètiques de poblacions humanes actuals i pretèrites, així com altres modelització ecològiques i dades arqueològiques i paleoantropològiques van en la mateixa direcció.

Els neandertals haurien arribat al Zagros a través dels terrenys kàrstics paleàrtics del Caucas i d’Anatòlia. Van arribar al paral·lel 31°N al Zagros i a l’Anti-Líban. En la mateixa època els neandertals assolirien també la màxima expansió cap a l’orient (actuals Uzbekistan, Tajikistan i Rússia asiàtica). A l’Anti-Líban, al Pròxim Orient, a Anatòlia, al Caucas i al Zagros, els neandertals trobaren unes condicions de muntanya humida.

Els jaciments arqueològics més interessants sobre l’expansió neandertal al Zagros són la Cova de Shanidar (on trobaren les restes de deu neandertals), així com les coves de Wezmeh i Bisetun (regió de Kermanshah). A la balma de Bawa Yawan hom ha trobat dent de neandertal de fa 65.000 anys així com artefactes lítics mosterians de fa 83.000 anys.

La presència d’Homo sapiens a l’Àsia Sud-Occidental registra un primer període fa 194.000-177.000 anys (jaciment de Misliya). Un segon període hi segueix fa 120.000-90.000 anys (jaciments de Shkul i Qafzeh), i el tercer i definitiu període arrenca fa 55.000 anys. Aquestes tres onades probablement arribaren des d’Àfrica a través d’Aràbia. Fa 80.000 anys apareixen artefactes mosterians a l’Altiplà Persa, inclòs el Zagros.

Si el Zagros del MIS 5 tenia unes condicions paleàrtiques, les regions que l’envolten tindrien unes condicions afrotropicals. L’àrea de contacte s’estendria uns 1500 km des del Llac Van cap al sud-est.

Lligams:

- Reconstructing contact and a potential interbreeding geographical zone between Neanderthals and anatomically modern humans. Saman H. Guran, Masoud Yousefi, Anooshe Kafash & Elham Ghasidian. Scientific Reports 14: 20475 (2024).

El viatge de 750 km de la Pedra de l’Altar de Stonehenge

Arqueologia: El cercle de pedres de Stonehenge és el monument més emblemàtic del neolític de les Illes Britàniques. Se situa a la plana de Salisbury, a Wiltshire, en el sud d’Anglaterra. Anthony Clarke, que fa la tesi doctoral en geologia aplicada, considera que elucidar l’origen dels megàlits de Stonehenge pot oferir indicis sobre la cultura i la connectivitat del període de construcció. És el primer autor d’un article aparegut ahir a la revista Nature sobre l’origen de la Pedra de l’Altar. Es tracta d’un megàlit de gres que, jacent, ocupa un lloc central, i d’ací el seu nom. En els darrers anys hom ha descartat que tingui origen en la Conca Anglo-Gal·lesa. Clarke et al. han determinat l’edat i la composició química del zircó detrític, de l’apatita i dels grans de rútil de fragments de la Pedra de l’Altar. El zircó detrític procediria de fonts mesoproterozoiques i arqueanes. El rútil i l’apatita procedirien essencial d’una font de l’Ordovicià mitjà. Tot plegat assenyala una regió cristal·lina laurentiana marcada pel magmatisme grampià de fa 460 milions d’anys. En comparar l’edat detrítica amb paquets sedimentaris de les Illes Britàniques, la major similitud es produeix amb la vella pedra arenosa roja de la Conca Orcadiana del nord d’Escòcia. D’alguna manera el bloc de sis tones que és la Pedra de l’Altar hauria d’haver fet un viatge de 750 km per arribar a Stonehenge. Clarke et al. pensen que el transport s’hauria d’haver fet per mar, car és massa distància per un transport per terra, que altrament toparia amb considerables barreres topogràfiques. Ara bé, un transport marítim implica un alt nivell d’organització social.

La pedra 80 de complex megalític de Stonehenge és interpretada com la pedra d’altar. Clarke et al. proposen que el seu origen hauria tingut lloc a 750 km de la Plana de Salisbury

La Pedra de l’Altar de Stonehenge

Anthony J. I Clarke és membre del Timescales of Mineral Systems Group, de la School of Earth and Planetary Sciences, de la Curtin Universtity, amb seu a Perth. Ha participat en la redacció de l’article, en l’anàlisi formal, la investigació, la visualització, l’administració del projecte, la concepció i la metodologia.

Christopher L. Kirkland és el cap del Timescales of Mineral Systems Group. Ha dut a terme la supervisió, aportat recursos, participat en l’anàlisi formal, l’adquisició de fons, la redacció, revisió i edició, la concepció i metodologia.

Richard E. Bevins és professor honorari del Department of Geography and Earth Sciences de l’Aberystwyth University. Ha participat en la redacció, revisió i edició, en recursos i en concepció.

Nick J. G. Pearce és professor del Department of Geography and Earth Sciences de l’Aberystwyth University. Ha participat en la redacció, revisió i edició, en recursos i concepció.

Stijn Glorie és professor associat del Department of Earth Sciences de The University of Adelaide. Ha aportat recursos i participat en l’anàlisi formal, la redacció, revisió i edició, la supervisió i la metodologia.

Rob A. Ixer és investigador honorari de l’Institute of Archaeology del University College London. Ha participat en la redacció, revisió i edició.

Aquesta recerca s’ha finançat amb el projecte DP200101881 de l’Australian Research Council. El material de mostreig fou manllevat del Salisbury Museum i del Amgueddfa Cymru–Museum, amb els permisos corresponents. Els autors agraeixen A. Green per l’assistència en l’accés als materials del Museu de Salisbury; a B. McDonald, N. Evans, K. Rankenburg i S. Gilbert per l’assistència en l’anàlisi isotòpica; i a P. Sampaio per l’assistència en l’anàlisi estatística. L’instrumental del John de Laeter Centre es finança a través d’AuScope i altres entitats australianes.

La revista Nature agraeix a Tim Kinnaird i als altres revisors la tasca realitzada. L’article fou rebut per la revista el 16 de desembre del 2023, i l’acceptà el 3 de juny, publicant-lo el 14 d’agost.

Stonehenge és un cercle de pedres del Neolític que s’aixeca encara avui en la Plana de Salisbury, a Wiltshire. És el monument prehistòric més emblemàtic de Gran Bretanya. Hom calcula que la construcció de Stonehenge començà en l’any 3000 a.C., i que s’hi van fer modificacions successives durant els següents 2000 anys.

Els megàlits de Stonehenge es divideixen en dues classes:
- pedres sarsen. Les pedres sarsen més grans inclouen silcretes duricrustes originàries predominantment de West Woods, a Marlborough, localitat situada a uns 25 km al nord.
- pedres blaves. Són pedres alienes a la zona. Inclouen tuf volcànic, riolita, dolerita i gres. Algunes pedres blaves es corresponen a pedreres de Mynydd Preselis, a l’oest de Gal·les. Les pedres 40g i 42c són d’un gres del paleozoic inferior associat a l’oest de Gal·les a jutjar per la presència de fòssils d’acritarcs.

El megàlit central de Stonehenge és la pedra 80 o Pedra d’Altar. És la pedra blava més gran de Stonehenge. Mesura 4,9 metres de llarg, 1,0 metres d’ample i 0,5 metres de gruix. És una pedra jacent. Pesa unes sis tones. Consisteix en un gres micaci de color verd pàl·lid. Mineralògicament conté barita, calcita i minerals d’argila, però no K-feldspat.

Les dades petrogràfiques indiquen que la Pedra de l’Altar es correspondria amb l’ORS (Old Red Sandstone), un ensamblatge de roca sedimentària del Silurià tardà-Devonià amb nombrosos afloraments a les Illes Britàniques. Les litologies d’ORS consisteixen generalment en roques sedimentàries siliciclàstiques terrestres dipositades en ambients continentals fluvials, lacustres i eolis. Cada conca d’ORS reflecteix la subsidència i sedimentació locals en els seus cristalls. Clarke et al. volen aprofitar això per localitzar l’origen de la Pedra de l’Altar i fornir dades sobre la connectivitat de la població neolítica.

Hom desconeix quan la Pedra de l’Altar s’integrà en Stonehenge. Potser fou col·locada dins de la ferradura trilítica central durant la segona fase de construcció (2620-2480 a.C.). És possible que llavors la Pedra de l’Altar fos en posició vertical, amb una alçada total de 4 metres sobre el nivell del sòl. Actualment el Gran Trílit es troba col·lapsat, amb les pedres 55b i 156 situades damunt de la Pedra de l’Altar, ajaguda i trencada.

Hom proposà que la Pedra de l’Altar procedia de Mill Bay, a Pembrokeshire, en el subgrup Cosheston de la Conca ORS Anglo-Gal·lesa. Aquest indret no era lluny de Myndd Preseli, d’on procedirien les pedres blaves dolerítiques i riolítiques. Des de Mill Bay el transport s’hauria fet per mar a través del Canal de Bristol. Ara bé ni la petrografia ni l’edat del zircó detrític encaixen la Pedra de l’Altar amb el Subgrup Coheston. Una alternativa seria la formació Senni, també del Subgrup Coheston, i que seria compatible amb una ruta marítima comuna des de Mynydd Preseli. Però tampoc no encaixen les dades geoquímiques i petrogràfiques. Clarke et al. creuen que és molt improbable que la Conca Anglo-Gal·lesa sigui l’origen de la Pedra de l’Altar.

Els grans minerals detrítics poden fornir informació sobre l’origen de roques sedimentàries. Les roques sedimentària solen contindre un component detrític derivat d’una base ígnia cristal·lina. El component detrític reflecteix una història més simple o més complexa de cicles d’erosió, transport i deposició. La càrrega detrítica pot marcar doncs l’origen i context de la roca sedimentària. La combinació de dades de diferents minerals fan més robustes les conclusions.

Clarke et al. han obtingut dades isotòpiques d’elements traça U-Pb i Lu-Hf de zircó, apatita i rútil de dos fragments de la Pedra de l’Altar. Aquests fragments són MS3 i 2010K.240. Comparen aquests resultats amb datació U-Pb de les localitats de la Conca Orcadiana de Caithness i Orkney. Les dades d’edat mineral i química dels detrits són comparades amb terrans cristal·lins i successions ORS de Gran Bretanya, d’Irlanda i d’Europa.

Dues seccions fines de la Pedra de l’Altar

Aquest treball s’ha fet sobre dues seccions fines, d’un gruix de 30 μm, de la Pedra de l’Altar, MS3 i 2010K.240. També s’han estudiat dues seccions d’ORS del nord-est d’Escòcia: CQ1 (de Cruaday) i AQ1 (de Spittal). La microscòpia òptica convencional i la mineralogia automatitzada informaren l’anàlisi per LA-ICP-MS.

Les anàlisis d’U-Pb de dos zircons es realitzaren en dues sessions al John De Laeter Centre (JdLC), de la Curtin University, a Austràlia.

Les anàlisis d’U-Pb d’un rútil es realitzaren en una sessió al JdLC.

Les anàlisis d’U-Pb de dues apatites es realitzaren en una sessió al JdLC.

Les anàlisis de Lu-Hf de grans d’apatita es feren a la University of Adelaide.

Les anàlisis d’elements de traça d’apatita es feren en una sessió a banda.

Signatures de base laurentiana

Els terrans cristal·lins de base de les Illes Britàniques són, de nord a sud, Laurentia, Ganderia, Megumia i Avalonia Est. Cadomia-Armòrica queda al sud de la Sutura Reica, i abasta roques de base de l’Europa Occidental (des del nord de França fins a Espanya). Avalònia Est, Megumia i Ganderia es troba parcialment separades pel Sistema de Falles de l’Estret de Menai. Cada terrà té components d’edat diferents, i marca l’evolució de les conques sedimentàries que s’hi dipositen al damunt.

Laurentia era un paleocontinent que col·lisionà amb Bàltica i amb Avalònia. Avalònia era un microcontinent de la perifèria de Gondwana. Aquesta col·lisió es produí a principi del Paleozoic i promogué l’orogènia caledoniana que donà lloc a Laurússia. Avalonia Oest és el terrà que inclou part de l’actual Canadà Oriental.

Mitjançant un test de Kolmogorov-Smirnov sobre edats de zircons, Clarke et al. troben una identitat entre la Pedra de l’Altar i la base cristal·lina de Laurentia.

L’edat de grans de zircó detrític de la Pedra de l’Altar seria d’un màxim, respectivament, de 1047, 1091, 1577, 1663 i 1790 milions d’anys. Això es correspon a esdeveniments tectonomagmàtics coneguts de Laurentia i Bàltica, és a dir a les orogènies de Grenville (fa 1095-980 milions d’anys), Labrador (fa 1690-1590 milions d’anys), Gotià (fa 1660-1520 milions d’anys) i Svecokarellià (fa 1920-1770 milions d’anys).

Els terrans lauretians són litologies cristal·liness al nord de la Zona de Sutura de Iapetus. Aquesta sutura marca la zona de col·lisió entre Laurentia i Avalonia. Hi trobem els terrans de les Southern Uplands, de Midland Valley, de Grampian, de les Northern Highlands i Hèbrides. En aquests terrans queda preservat un registre de producció de zircons del Proteozoic fins a l’Arqueà. Aquest registre de zircons és diferent del preservat en els terrans de Gran Bretanya de més al sud, derivats de Gondwana.

Les dades d’edat dels grans de rútil de la Pedra de l’Altar també coincideixen amb una font laurentiana. El rútil de Grup 2 de la Pedra de l’Altar té una antiguitat proterozoica (de fa 1724-591 milions d’anys), amb 3 grans situats a una antiguitat de 1607 milions d’anys. Això se superposa cronològicament al magmatisme laurentià, incloent-hi les orogènies de Labrador i Pinwarian (fa 1690-1380 milions d’anys). Els terrans del sud de Gran Bretanya no presenten un component mesoproterozoic tan gran, sinó que més aviat tenen rútil de l’època neoproterozoica i del primer paleozoic. Ara bé, al sud de la Sutura de Iapetus també hi ha un component menor de rútil d’una antiguitat de 2000 milions d’anys.

L’apatita de la Pedra de l’Altar presenta dos grups cronològics. El Grup 2 (9 grans) tindria una antiguitat de 1,018 ± 24 milions d’anys, compatible amb una font de Grenville. Val a dir que les dades d’edat per U-Pb i per Lu-Hf assenyalen fonts laurentianes per a l’apatita de la Pedra de l’Altar.

Grans detrítics de terran grampià

Grans d’apatita i de rútil de la Pedra de l’Altar ofereixen unes datacions paleozoiques de 460-450 milions d’anys d’antiguitat. El component paleozoic de grans de zirconi tindria una edat de 498 milions d’anys. Així el grup 1 d’apatita tindria origen en l’Ordovicià mitjà (fa 466-443 milions d’anys). Les dades Lu-Hf d’apatita són compatibles amb una antiguitat de 470 ± 29 milions d’anys.

Arreu de la Pedra de l’Altar hom troba bandes subplanars de 0,1-0,2 mm de minerals resistius pesants concentrats. Aquests minerals tindrien un origen magmàtic a jutjar per la zonació oscil·latòria, la manca de sobrecreixements minerals i les abundàncies d’elements traça en l’apatita.

Aquests grans de l’Ordovicià mitjà de la Pedra de l’Altar encaixen especialment amb el terrà grampià del nord-est d’Escòcia. Aquest terrà se situa entre la Gran Falla Glen i la Falla de Límit de Highland. És un terrà consistent en metasediments neoproterozoics i del paleozoic inferior (Supergrup Dalradià), intrusionats per granitoids i gabbros del Paleozoic primerenc. Això explicaria de la diversitat de l’apatita de la Pedra de l’Altar, que és un 61% d’origen fèlsic, un 35% d’origen màfic i un 4% d’origen alcalí. Les dades de ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb coincideixen amb la datació de l’Ordovicià Mitjà.

La Conca Orcadiana d’ORS

La Pedra de l’Altar no encaixa amb la litologia NRS del Permo-Triàssic. Sí ho fa amb una classificació ORS. Ara bé, les edats dels minerals l’aparten de l’ORS de la Conca Anglo-Gal·lesa, i també de l’ORS de la Península de Dingle. Tampoc no hi ha gaire coincidència amb l’ORS de Midland Valley. La major coincidència d’edats de gra es produeix amb la Conca Orcadiana d’ORS, i seguidament amb Svalbard ORS.

Durant el Paleozoic, la Conca Orcadiana se situava entre Laurentia i Baltica, dins del paleocontinent de Laurússia.

La Pedra de l’Altar en la Gran Bretanya neolítica

Les dades isotòpiques de detrits de zircó i rútil (U-Pb) i d’apatita (U-Pb, Lu-Hf i elements traça) indiquen que la Pedra de l’Altar procedeix de la formació ORS de la Conca Orcadiana de l’Escòcia nord-oriental. De fet, les dades minerals dels detrits descarten un origen al sud de la Sutura de Iapetus.

Per la pedres blaves de Mynydd Preseli hom ha postulat que arribaren a la Plana de Salisbury no per l’acció humana sinó per un mecanisme de transport glacial anterior. Seria això plausible per a la Pedra de l’Altar? Durant les glaciacions del Pleistocè, les glaceres de les Muntanyes Grampianes es movien més aviat cap al nord, cap a la Conca Orcadiana. A més, no hi ha indicis d’una gran deposició glacial a la regió central del sud de la Gran Bretanya. Hom tampoc no ha trobat altres exemples de pedres erràtiques d’origen escocès a Stonehenge.

Si no s’hi havien mogut les pedres per acció glacial, cal pensar en un moviment organitzat pels constructors de Stonehenge. L’estudi isotòpic (Sr, Pb) de restes humanes neolítiques de la Plana de Salisbury indica que la població humana del període presentava una mobilitat considerable dins de Gran Bretanya. Hom ha trobat elements arquitectònics i motius d’art rupestre neolític comuns entre les Orcades i Irlanda. Cal pensar en una mobilitat doble de persones i de materials de construcció.

Clarke et al. proposen que la Pedra de l’Altar fou transportada antropogènicament des del nord-est d’Escòcia cap a Stonehenge. Les dues regions presenten una població neolítica en el III mil·lenni a.C. Al capdavall hom accepta generalment (amb l’excepció abans esmentada) que les pedres blaves ígnies de Stonehenge foren transportades al llarg dels 225 km de camí des de Mynydd Preseli. Però una ruta escocesa de més de 750 km resulta tres vegades més llarga.

Imaginem una ruta de transport per terra, fins i tot ajudada amb bèsties de càrrega. Aquesta ruta hauria hagut de creuar rius, de creuar serralades (Grampians, Southern Uplands, Pennines), de creuar boscos espessos, etc.

Una alternativa seria una ruta marítima. Hi ha indicis que el talp comú (Microtus arvalis) arribà per primera vegada a les Illes Orcades cap a l’any 5000 a.C. com a introducció antropogènica des de l’Europa Continental. Això reflectiria el transport marítim a llarga distància de bestiar i altres béns. Hi ha indicis d’una xarxa de comerç marítim d’eines neolítiques de picapedrer entre Gran Bretanya, Irlanda i Europa. En l’any 4000 a.C., el nivell de la mar a les Illes Britàniques ja era semblant a l’actual, per bé que la línia costanera era encara força diferent. Clarke et al. proposen una ruta marítima al llarg de la Gran Bretanya per a la Pedra de l’Altar.

Lligams:

- A Scottish provenance for the Altar Stone of Stonehenge. Anthony J. I. Clarke, Christopher L. Kirkland, Richard E. Bevins, Nick J. G. Pearce, Stijn Glorie & Rob A. Ixer. Nature 632: 570-575 (2024).

Les restes òssies associades a la tomba del bisbe Teodomir d’Iria Flavia

Arqueologia: Diu la tradició que fou el bisbe Teodomir d’Iria Flava qui descobrí la tomba de l’apòstol Sant Jaume a Galícia en la tercera dècada del segle IX d.C. La descoberta s’hauria fet miraculosament, i és que en aquella època no disposaven de gaires eines per identificar les restes d’una tomba. Sobre la historicitat d’aquest bisbe Teodomir hi hagué en l’edat moderna un debat no pas menys intens que l’associat a l’apòstol. El cas és que en el 1955 hom trobà una làpida amb el seu nom. Des del 1955 l’arqueologia forense no ha fet més que créixer en tècniques auxiliars. Exemple d’això és la recerca encapçalada per Patxi Perez Ramallo, arqueòleg nascut a Santiago de Compostela, doctorat en anàlisi forense i que actualment investiga al Departament d’Arqueologia i Història Cultural de la Universitat Noruega de Ciència i Tecnologia. Perez-Ramallo et al. expliquen en un article a Antiquity l’intent d’identificar les restes òssies associades a la làpida del bisbe Teodomir. Hi apliquen anàlisis osteoarqueològiques, datació per radiocarboni, anàlisi d’isòtops estables i anàlisi d’ADN antic. Tot assenyala que els ossos corresponen realment al bisbe Teodomir.

Làpida del bisbe Teodomir d’Iria Flavia: IN HOC TVMVLO REQVIESCIT FAMULUS DI THEODEMIRVS HIRIENSE SEDIS EPS QVI OBIIT XIII KLDS NBRS ERA DCCCLXXXV

Ciència i religió

La recerca s’ha finançat en el marc de la European Union-Next Generation EU, amb fons del Ministerio de Universidades i l’UPV/EHU. Pérez-Ramallo i Patrick Roberts han rebut finançament de la Societat Max Planck. També reconeixen el suport de l’Infrastructura Genòmica Nacional d’Estocolm.

Els autors tenen paraules d’agraïment per a l’Oxford Radiocarbon Accelerator Unit, per a Jo Sindre Eidshaug (NTNU), per a la Fundación Catedral de Santiago i per a la mateixa catedral per permetre l’accés a les mostres. També agraeixen el suport a la recerca de Daniel Lorenzo Santos i Ramón Yzquierdo Peiró.

La bioarqueologia

Les anàlisis bioarqueològiques permeten recrear històries vitals individuals quan hom disposa de contextos històrics ben estudiats. Això s’aplicà en el 1994 a les restes de la família Romanov, però també a les de Tutankhamun (2010) o a les de Ricard III d’Anglaterra. També val per restes anònimes, com les de l’home actualment conegut com a Ötzi des del 2001. La bioarqueologia ofereix dades d’ascendència, de mobilitat i d’alimentació, ja no tan sols en el moment de la mort sinó al llarg de tota la vida.

La combinació d’osteologia, anàlisi d’ADN antic i anàlisi multiisotòpic no és tan freqüent com hom desitjaria. Per exemple, no són habituals per a l’Europa dels segles VIII i X d.C., un període crucial per a la difusió i creixement del cristianisme en el subcontinent. El període es caracteritza, paradoxalment, per una febre per trobar relíquies. Les relíquies ajudaven a connectar materialment l’Europa de l’època amb l’Orient dels temps apostòlics, i la recerca de relíquies no podia desconnectar-se dels poders polítics, religiosos o seglars, emanats d’aquesta expansió i consolidació del cristianisme occidental.

En la primera meitat del segle IX hom assumí la descoberta de la tomba de l’apòstol Sant Jaume a Compostela. Santiago de Compostela esdevingué aviat un centre de pelegrinatge comparable amb la Roma de Sant Pere o el Jerusalem del Sant Sepulcre.

Com fou aquesta descoberta? Els documents més antics que en parlen amb detall són ja del segle XI, però recollirien una tradició oral potser més antiga. La Historia Compostelana, redactada en el segle XII, i centrada en la figura coetània de l’arquebisbe Diego Gelmírez, també la recull. Segons la Historia Compostelana, vers els anys 820-830, el bisbe d’Iria Flavia, Teodomir, va localitzar la tomba de l’apòstol seguint indicacions d’un ermità local i després de fer ell mateix diversos dies de dejuni i meditació. Les restes de l’apòstol Sant Jaume foren localitzades en un antic cementiri d’aquesta manera miraculosa.

Les Sagrades Escriptures presenten Sant Jaume el Major com un dels Dotze Apòstols. Seria, juntament amb Sant Pere i Sant Joan (germà menor de Sant Jaume), testimoni de la Transfiguració de Jesús. Sant Jaume i Sant Joan eren fills de Zebedeu (fills del Tro, com els anomena Jesús) i de Maria Salomé (parenta de Jesús i que hauria demanat a aquest que els seus dos fills s’asseguessin al seu costat al Paradís). Sant Jaume fou decapitat a Jerusalem per ordre d’Herodes Agripa vers els anys 41 i 44. Les tradicions que vinculen Sant Jaume amb Espanya no apareixen en les Sagrades Escriptures: ni el seu viatge en vida, en el decurs del qual s’hauria produït l’aparició de Santa Maria en el Pilar de Saragossa, quan ella encara vivia a Palestina, ni el trasllat de les seves restes un colp mort.

La descoberta del bisbe Teodomir fou ràpidament acceptada pel rei Alfons II d’Astúries qui, segons la Historia Compostelana, pelegrinà des d’Oviedo amb la seva cort inaugurant la via primitiva del Camí de Sant Jaume.

La historicitat del bisbe Teodomir rebé un impuls cabdal en el 1955, quan un equip d’arqueòlegs liderat per Manuel Chamoso Lamas, que treballava en una campanya de rescat en el terra de la Catedral de Santiago de Compostela, descobrí una làpida que hi feia referència. Sota de la làpida els arqueòlegs trobaren restes humanes que atribuïren a un individu de sexe masculí i d’edat avançada.

Chamoso s’inclinà per pensar que les restes eren del propi bisbe. Una anàlisi osteològica realitzada per Carro Otero & Varela Ogando en el 1982 ho qüestionà en afirmar que els ossos en qüestió eren d’una dona d’edat avançada soterrada en una tomba annexa però diferent.

Pérez-Ramallo et al. combinen ara anàlisi osteoarqueològica, datació per radiocarboni, anàlisi multiisotòpic i anàlisi d’ADN antic sobre aquestes mateixes restes òssies. Pensen que és probable que es tractin de les restes del bisbe Teodomir.

Arqueologia i Història

El bisbat d’Iria Flavia fou un dels pocs que romangué dempeus malgrat la conquesta musulmana de la Península Ibèrica entre els anys 711 i 726. La província de Galícia havia conegut els segles anteriors el domini del regnes sueu i visigot. Durant la segona meitat del I mil·lenni d.C., les diòcesis de Galícia van rebre onades successives de sacerdots procedents d’altres parts d’Hispania. La presència de la tomba de l’apòstol Sant Jaume a Galícia es pot interpretar com un element de cohesió territorial per als líders de la província, seculars i religiosos. El Camí de Sant Jaume connectava Galícia amb els altres reialmes cristians de l’Europa Occidental, i seria alhora un símbol de resistència i lluita contra els sarraïns que havien fundat el Califat d’Al-Andalus.

Segons la tradició recollida per la Historia Compostelana, el bisbe Teodomir d’Iria Flavia hauria descobert miraculosament en la tercera dècada del segle IX d.C., les tombes de l’Apòstol Sant Jaume i dels seus deixebles Sant Teodosi i Sant Atanasi.

La historiografia moderna, naturalment, posà en dubte l’enterrament d’un líder de l’església de Jerusalem en un lloc tan remot. Però també posà en dubte fins i tot l’existència del bisbe Teodomir, assenyalant la tendència d’omplir de noms els episcopologis per crear sensació de continuïtat en diòcesis sotragades per l’empenta sarraïna. La descoberta del 1955 de la làpida modificà aquesta situació afermant la historicitat del bisbe Teodomir.

Aquesta làpida és notable per més d’un concepte. Parla d’un bisbe Teodemir d’Iria, quan Teodomir és esmentat per la Historia Compostelana i documents anteriors del segle XI. També ens ofereix la data de la mort del bisbe, escaiguda el dia 13 d’abans de les calendes de novembre de l’era 885, és a dir en la data del 20 d’octubre del 847 d.C.

Entre la làpida i els ossos hi havia una capa d’uns 80 cm de gruix de runa vinculada a la destrucció de la basílica d’Alfons III, que s’hauria produït entre els anys 872 i 1075. Els ossos en qüestió eren desarticulats, de manera que hom pensa que es tractaria d’un soterrament secundari, després d’haver-los mogut del lloc original d’enterrament.

Tot sembla indicar que l’enterrament secundari seria el producte de la pertorbació de tombes en el marc de la construcció d’un nou centre religiós en el segle XII. Làpida i ossos foren recol·locats, i possiblement hom elevà la làpida per situar-la a l’alçada del nou sòl de la catedral i indicar millor la presència de la tomba als pelegrins. Per als pelegrins del segle XII en endavant, la tomba del bisbe Teodomir només era superada en importància per la tomba del mateix apòstol que ell havia descobert. Això explica l’evolució de la necròpolis medieval de la Catedral de Santiago, que va rebre les despulles de membres de la població d’estatus religiós o seglar elevat. En el 1955 Chamoso Lamas trobà al costat de la làpida de Teodomir (mort el 847) les de Vidramir (mort el 1058) i d’Anastasi (mort el 985).

Els ossos associats a la làpida de Teodomir foren extrets en el 1955 amb cura, i sotmesos a un estudi osteològic per part del professor Carreró. Aquest conclogué que probablement es tractaven de les restes d’un individu de sexe masculí d’edat avançada. Això mogué Chamoso Lamas a concloure en el 1957 que aquestes eren les restes de Teodomir d’Iria Flavia.

En el 1982 Carro Otero & Varela Ogando examinaren les fotografies preses en el 1955, ja que no podien accedir als ossos. Aquest examen osteològic conclogué que les restes eren les d’una dona d’entre 50 i 70 anys d’edat. Jutjaren que es tractava d’un enterrament primari sense làpida. Al seu parer les restes del bisbe Teodomir haurien anat a parar a un ossari durant la construcció de la catedral romànica.

Pérez-Ramallo et al. consideren que una resposta ferma requereix la combinació de tècniques osteològiques i biomoleculars. L’objectiu és aconseguir un perfil biològic detallat de l’individu, amb dades sobre cronologia, origen geogràfic, dieta i estatus social. Amb aquest perfil ja seria possible fer una comparació amb el context històric i arqueològic.

Una metodologia combinada

Els ossos humans associats amb la làpida de Teodomir són catalogats com a NCS200. Làpida i ossos foren descoberts en el 1955. D’entrada calia estimar amb una anàlisi osteològica el nombre mínim d’individus que representarien aquests ossos, i estimar l’edat i sexe d’aquests. Dos incisius, un premolar i una costella foren presos per a fer-hi anàlisis d’isòtops estables, de datació per radiocarboni i anàlisi d’ADN antic.

L’anàlisi osteològica es va fer amb observació macroscòpica dels ossos a ull nu, i amb una lent d’augment. Dels 90 elements ossis que constitueixen NSC200 tan sols resultaren identificables 39. Comparats amb els ossos d’altres individus de la mateixa necròpoli medieval de la Catedral de Santiago, són més ben preservats. No obstant, hi ha signes de canvis tafonòmics, amb una puntuació d’abrasió/erosió entre 1 i 2.

El nombre mínim d’individus de NCS200 és 1. Per a la determinació del sexe biològic i l’edat, se seguiren criteris morfològics del crani i del desgast dentari.

L’accés a aquests ossos fou possible el novembre del 2019 tan sols durant unes hores, i en el marc de la transferència de les restes com a conseqüència de la remodelació de l’interior de l’església.

Un fragment de costella fou utilitzat per establir una cronologia absoluta de l’individu. La Historia Compostelana ens diu que Teodomir era bisbe d’Iria Flavia des de l’any 819 d.C. La làpida descoberta en el 1955 situava la mort del bisbe en l’any 847 d.C. La mostra de costella fou analitzada en la Oxford Radiocarbon Accelerator Unit (ORAU).

Un fragment de costella fou mostrejat per determinar-hi els valors d’isòtops estables de carboni (δ¹³C) i nitrogen (δ¹⁵N) del col·lagen ossi. Esmalt del primer premolar dret inferior fou mostrejat per determinar-hi els valors d’isòtops estables d’oxigen (δ¹⁸O) i de δ¹³C de la bioapatita dentària. Aquestes anàlisis d’isòtops estables es realitzaren en l’Institut Max Planck de Geoantropologia de Jena.

Els dos incisius superiors drets foren mostrejats a la recerca d’ADN antic en el Centre de Paleogenètica de la Universitat d’Estocolm.

Les dades osteoarqueològiques

Pérez-Ramallo et al. conclouen que les restes humanes NCS200 pertanyen a un únic individu, de sexe masculí i major de 50 anys, amb una constitució gràcil. El tancament de la sutura ectocranial indicaria una edat a la mort de 45,2±12,6 anys. El desgast dentari és el propi d’un individu de més de 45 anys.

La datació per radiocarboni

Els resultats de la datació per radiocarboni daten els ossos en el període 673-820 d.C.

La distribució d’isòtops estables

La distribució d’isòtops estables del col·lagen ossi és de +10,2‰ per δ¹⁵N i de -19,6‰ per a δ¹³C.

La distribució d’isòtops estables de la bioapatita dentària és de -2,9‰ for δ¹⁸O i de -10,8‰ for δ¹³C.

Anàlisi genòmica

Les dades d’ADN antic permeten generar dades del genoma autosòmic complet de NCS200 amb una cobertura de 1,8x. La longitud mitjana de fragments (70 bp) i els patrons de desaminació en els extrems de cada lectura són els propis d’ADN antic. Els índexs de contaminació del cromosoma mitocondrial (haplogrup T2b9) i del cromosoma X són negligibles. El sexe biològic de NCS200 és masculí.

Pérez-Ramallo han projectat les dades genòmiques de NCS200 amb dades genòmiques publicades d’individus de la Península Ibèrica i de les Illes Canàries des de l’edat del ferro fins al període tardomedieval. Ho fan sobre els primers dos components principals de les poblacions modernes de l’Euràsia Occidental i del nord d’Àfrica de la base de dades 1240K+HO d’Allen Ancient DNA Resource. NCS200 queda fora de la variació europea moderna per inclinar-se cap a les poblacions nord-africanes modernes i cap als ibèrics del període romà, els visigots del sud de la Península i els musulmans de la Península. Hom suposa que aquestes poblacions de la Península Ibèrica van rebre un flux gènic procedent de l’Àfrica del Nord durant el període romà i/o durant el període andalusí.

Les dades genòmiques de NCS200 s’han dipositat a l’European Nucleotide Archive com a PRJEB65358.

NCS200 i el bisbe Teodomir d’Íria Flàvia

Si NCS200 va morir amb poc més de 45 anys d’edat en el 847 d.C., com és que ja era bisbe 28 anys abans? La carrera eclesiàstica de l’època comportava una edat mínima de 30 anys per ser ordenat bisbe. Ara bé, casos com el de Sant Rosendo, bisbe de Mondoñedo, mostren que hi havia homes menors de 30 anys que assumien el càrrec episcopal. El ventall d’edat de les estimacions arqueològiques no descarten que Teodomir morís més a prop dels 60 que dels 50, en el qual cas hauria començat a ser bisbe molt poc abans de la trentena. En qualsevol cas, el bisbe Teodomir devia trobar-se en la quarta dècada de la vida quan descobrí la tomba de l’apòstol.

Pérez-Ramallo et al. han comparat els valors isotòpics de NCS200 amb els d’uns altres 25 individus soterrats a la necròpolis medieval de la Catedral de Santiago entre els segles IX i XII. NCS200 queda en el rang baix dels isòtops de carboni-13 i de nitrogen-15, la qual cosa és indicativa d’una dieta mixta de proteïna d’origen vegetal i d’origen animal, amb consum de proteïna d’origen marí o de plantes C4. Aquesta dieta sembla massa pobra en proteïna animal pel que correspondria a l’estatus social d’un bisbe. En aquesta comparació cal alertar que no és la mateixa situació la de les elits religioses del segle IX, relativament modesta, amb la viscuda per les dels segles directament posteriors (XI-XII). També és possible que NCS200 seguís les normes de Sant Fructuós, difoses a Gallaecia des de mitjan segle VII d.C., i que defensaven per al monjo una dieta centrada en el pa i el vi, complementada amb verdura, llegum i fruita, bo i evitant estrictament la carn, especialment la de quadrúpedes.

Pel que fa a la distribució d’oxigen-18 de la bioapatita dentària, NCS200 queda dins del rang local. Teodomir hauria viscut a Iria Flavia, com a mínim des de l’any 819. La seu episcopal de llavors es troba a uns 20 km al sud-oest de l’actual Catedral de Santiago. Els resultats de Pérez-Ramallo et al. assenyalen que NCS200 hauria viscut des de ben petit a la zona.

Pel que fa a la dada de radiocarboni de la costella de NCS200 cal recordar que la taxa de recanvi d’aquest os és de 10-15 anys. Així doncs, la dada de radiocarboni, més que no pas reflectir l’edat de NCS200 en el moment de la mort, reflectiria la seva edat 10 o 15 abans. D’altra banda, si la seva dieta comportava la ingesta de proteïna d’origen marí, el nivell de carboni-14 ja seria més alt d’entrada.

L’edat de radiocarboni de NCS200 va en el rang de 673-820 d.C. Sembla massa reculada per coincidir amb la del bisbe Teodomir, mort el 847 d.C. Però si hom té en compte el recanvi de l’os i l’efecte d’una dieta rica en productes de pesca, la discrepància desapareix.

La primera capella de Compostela es va construir per ordre del rei Alfons II, entre l’època de la descoberta de la tomba de l’apòstol i l’any 872 d.C. Així doncs, la tomba de Teodomir hauria estat una de les primeres de l’entorn de la capella. En aquella època la població de la zona era encara dispersa. De tots els individus de la necròpoli, NCS200 és el de datació més antiga.

L’ADN antic confirma que NCS200 era de sexe masculí. El bisbe Teodomir, com a tal, devia ser membre de l’aristocràcia social, en interacció directa amb el rei d’Oviedo. El seu origen provindria de les elits hispano-romanes i visigòtiques, o potser de matrimonis mixtos entre les elits cristianes i musulmanes del sud i centre d’Al-Andalus. Aquest darrer seria l’origen geogràfic de diversos individus de la necròpoli de la Catedral de Santiago. La documentació parla de casos com el bisbe Odoari, qui restaurà la seu de Lugo en el segle VIII d.C., i que seria originari del nord d’Àfrica. És possible, si NCS200 és Teodomir, que sigui descendent de l’emigració de cristians d’Al-Andalus cap al Regne d’Astúries. Les cròniques de l’època relativitzen la barrera religiosa entre les elits peninsulars.

Pérez-Ramallo et al. consideren possible que les restes siguin del bisbe Teodomir. NCS200 seria un individu crescut a la zona, que esdevingué bisbe d’Íria Flàvia relativament jove, i que com a jove bisbe hauria descobert la tomba de l’apòstol. Fos per la pobresa de la diòcesi o per conviccions d’austeritat, seguia una dieta pobra en carn. Familiarment, devia ser de descendència nord-africana, bé remuntada al període romà o més recent, del període andalusí. Anàlisis d’arxius, d’ADN antic i isòtops d’estronci ajudarien a esclarir les diferents opcions.

Pérez-Ramallo et al. conclouen l’article amb reflexions sobre la relació entre la ciència arqueològica i la religió.

Lligams:

- Unveiling Bishop Teodomiro of Iria Flavia? An attempt to identify the discoverer of St James's tomb through osteological and biomolecular analyses (Santiago de Compostela, Galicia, Spain). Patxi Pérez-Ramallo, Ricardo Rodríguez-Varela, Alexandra Staniewska, Jana Ilgner, Maja Krzewińska, David Chivall, Tom Higham, Anders Götherström, Patrick Roberts. Antiquity (2024).

Roques ígnies fracturades saturades amb aigua líquida en l’escorça mitjana de Mart

Hidrologia: Fa 3.000 milions d’any Mart era un planeta amb cossos considerables d’aigua líquida a la superfície, encara que tinguessin un caràcter estacional o periòdic. On ha anat a parar tota aquesta aigua? Se suposa que una bona part s’haurà volatilitzat cap a l’espai exterior, però també una part hauria quedat segrestada en la subsuperfície del planeta. Vashan Wright, Matthias Morzfeld i Michael Manga han volgut avaluar aquests processos de segrest a través de models de física de roques i inversió bayesiana. L’objectiu era identificar combinacions de litologia, saturació d’aigua líquida, porositat i formes de porus de l’escorça mitjana de Mart (situada a una fondària d’entre 11,5 i 20 km) que fossin coherents amb les dades recopilades per l’estació InSight de la NASA pel que fa a velocitats sísmiques i de gravetat. En un article a la revista PNAS, Wrigth et al. expliquen que les dades existents s’expliquen millor amb una escorça mitjana formada per roques ígnies fracturades que es trobarien saturades d’aigua líquida. Això corrobora la idea que el cicle de l’aigua a Mart no es pot entendre sense el component de la litosfera. També ajuda a entendre el destí dels antics llacs superficials de Mart. Més enllà de l’interès hidrològic, aquestes estimacions poden orientar la recerca sobre formes de vida fòssils o actuals a Mart. I, ja en el pla pràctic, encara que sigui per a dècades o segles venidors, orienta sobre l’accés a recursos hídriques en l’exploració i colonització del planeta vermell.

Estructura interna de Mart

Un treball de simulació

Vasan Wright és professor associat de geofísica a la Scripps Institution of Oceanography. Matthias Morzfeld és professor associat de matemàtiques a la mateixa institució. Michael Manga és professor de geologia de la UC Berkeley.

Wright i Manga dissenyaren aquesta investigació. Els tres realitzaren la recerca, aportant-hi noves eines analítiques i analitzant les dades. Els tres redactaren l’article que trameteren a Proceedings of the National Academy of Science el 18 de maig. David Kohlstedt, de la University of Minnesota, s’encarregà de l’edició. L’article fou acceptat l’1 de juliol i publicat ahir dia 12.

Wright i Manga agraeixen el suport rebut del programa Earth4D del Canadian Institute for Advanced Research i del projecte NSF PHY-1748958 del Kavli Institute for Theoretical Physics. Morzfeld rep suport del projecte N00014-21-1-2309 de la US Office of Naval Research. També tenen paraules d’agraïment per l’equip de la NASA InSight.

L’aigua de Mart

Podem dividir la història de Mart en quatre eres:
- la pre-noaica abasta des de l’acreció i diferenciació del planeta, fa 4.500 milions d’anys, fins a la formació de la conca d’impacte Hellas.
- l’era noaica es defineix per la formació de les superfícies actuals més antigues del planeta, com ara Noachis Terra, entre fa 4.100 i 3.700 milions d’anys.
l’era hespèrica es caracteritza per la formació d’extenses planes de lava com Hesperia Planum. Transcorre entre fa 3.700 i 3.000 milions d’anys.
- l’era amazònica és l’actual. Els darrers 3.000 milions d’anys a Mart han estat relativament avorrits. Les regions amazòniques, no obstant, tenen una variabilitat notable, ja que malgrat tot a Mart han continuat havent-hi processos de fluxos superficials de lava, d’activitat glacial i de fluxos d’aigua líquida.

De tota manera, tot indica que fou en les eres noaica i hespèrica quan la hidrosfera de Mart assolí la major pregonesa. Ni que fos de manera episòdica llavors a la superfície Mart hi havia rius, llacs, oceans i aqüífers. La decadència de la hidrosfera superficial marciana, però, també es covà en aquells períodes, ja que durant el noaic i l’hespèric hi hagué una pèrdua més o menys continuada d’atmosfera cap a l’espai exterior.

Entrat ja en l’era amazònica, a Mart ja no podien haver cossos persistents d’aigua líquida a la superfície. On anà tot aquesta aigua? Teòricament els destins principals haurien estat:
- la incorporació en minerals (roques evaporítiques, etc.).
- l’enterrament en forma de gel (gel subsuperficial).
- el segrest en aqüífers profunds (aigua líquida subsuperficial).
- l’escapament en forma de vapor d’aigua cap a l’espai exterior.

Wright et al. consideren que les mesures geofísiques obtingudes per missions orbitals i de superfície poden oferir informació sobre la presència d’aigua en la subsuperfície profunda. La NASA InSight fou una missió d’exploració interior de Mart a través d’una estació de superfície a Elysium Planitia que feia investigacions sísmiques, de geodèsia i de transport de calor. La NASA InSight recollí dades durant més de quatre anys (2018-2022). De les mesures de terratrèmols de la NASA InSight se’n deriven velocitats sísmiques que fan pensar que la distribució d’aigua subsuperficial a la Elysium Planitia no pot donar-se a profunditats inferiors de 20 km. Les velocitats d’ona de cisalla (V_s) i de compressió (V^p) fan pensar que en els 300 metres més superficials de la localitat de l’InSight hi havia una escorça seca integrada per sediments mínimament cimentats (amb un percentatge porós inferior al 2%). El valor de V_S en els primers 8 km de l’escorça de sota de l’InSight és inferior al que hom esperaria en una criosfera saturada de gel. Entre 8 i 20 km sota l’InSight hi hauria una escorça que podria ser màfica i altament porosa o potser fèlsica i menys porosa.

Wright et al. revisen ara les dades de V_s, V_p i de densitat (ρ_b). Consideren que són compatibles amb porus saturats d’aigua en l’escorça mitjana, és a dir a una fondària situada entre 11.5 ± 3.1 i 20 ± 5 km. Això seria vàlid per a la regió situada en un diàmetre de 50 km al voltant del punt d’estacionament d’InSight.

L’escorça mitjana de Mart ha estat definida d’acord amb les dades sísmiques d’InSight, però podria tindre un caràcter global. A mesura que hom obtingui dades de V^{p i de gruix de capes d’altres localitats hom tindrà una imatge més completa.}

En la part més alta de l’escorça mitjana les temperatures actuals serien prou altes perquè, juntament amb la pressió, l’aigua existent es trobés establement en estat líquid. Ara bé, els porus on hi hauria aquesta aigua tendirien a tancar-se en la zones més fondes de l’escorça mitjana.

Wright et al. han utilitzat la inversió bayesiana i un algoritme de Monte Carlo de cadena de Markov (MCMC) per identificar combinacions de sis paràmetres litològics:
- la ratio α d’aspecte de fora de porus.
- la porositat ϕ.
- la saturació d’aigua líquida γ_w.
- el mòdul mineral a l’engròs κ_m.
- el mòdul mineral de cisalla μ_m.
- la densitat mineral ρ_m.

L’objectiu es trobar les combinacions que millor reprodueixen els valors observats de V_p, V_s, and ρ_b. Els càlculs combinen les equacions de velocitat sísmica, el model de física de roques autoconsistent de Berryman i les equacions de Gassmann-Biot.

La combinació que més ben explica aquestes dades observades és una escorça mitjana integrada per roques ígnies amb fractures primes que serien plenes d’aigua líquida.

Les bases d’algunes assumpcions

Hom no disposa d’una estimació precisa de la densitat de l’escorça mitjana de Mart. El ròver Curiosity, en la seva exploració del cràter Gale, ofereix dades sobre densitat de materials de diferents sectors verticals de l’escorça marciana. Cal assumir que la densitat de l’escorça de Mart puja amb la fondària, i que arriba un moment, potser més enllà dels 20 km, on la densitat d’escorça reprodueix ja la densitat d’un mineral sense porus.

Les implicacions d’aquesta combinació

El valor més probable de γ_w és del 100%. La porositat ϕ seria de 0,17±0,07 i l’aspecte α de 0,19±0,18, la qual cosa significa unes fractures primes.

Wright et al. seguidament fan una expansió dels paràmetres minerals sobre els que treballa l’algoritme MCMC. Cal fer pujar la ρ_m per damunt de 4000 kg·m^-3 perquè el valor de γ_w comenci a ballar. Però aquest valor de densitat també implicaria una major porositat, i ni l’una ni l’altra casen amb les dades que ens aporta l’estudi de meteorits marcians o amb les dades de porositat de materials obtingudes per ròvers marcians.

Si realment l’escorça mitjana de Mart conté aigua fins a la saturació dels seus pors això té implicacions sobre la quantitat total d’aigua al planeta i també sobre el cicle hidrològic actual. La representativitat de la localitat de l’InSight sembla afavorida per dades d’altres localitats. De fet amb l’aigua hipotetitzada hom podria ocupar diverses vegades el volum dels oceans antics de Mart. L’escorça de Mart, doncs, no hauria perdut la major part de l’aigua per escapament atmosfèric.

Per al cicle hidrològic és cabdal conèixer les condicions de permeabilitat i temperatura que permetria el bescanvi d’aigua entre l’escorça mitjana i capes més superficials de la litosfera. Això requereix disposar de dades més robustes i representatives de la mineralogia i composició de l’escorça marciana.

Lligams:

- Liquid water in the Martian mid-crust. Vashan Wright, Matthias Morzfeld, Michael Manga. PNAS 121: e2409983121 (2024).

- Gebrades matinals dalt dels volcans tropicals de Mart. (12/06/2024)

- El casquet antàrtic de Mart consisteix en glaç aquós en un 90% (18/03/2007).

La composició del Govern Illa

La composició anunciada el diumenge 11 d'agost és la següent:
President: Salvador Illa.
Presidència: Albert Dalmau.
Economia i Finances: Alícia Romero.
Interior i Seguretat Pública: Núria Parlon.
Justícia i Qualitat Democràtica: Ramon Espadaler.
Territori, Habitatge i Transició Ecològica: Sílvia Paneque.
Salut: Olga Pané.
Educació i Formació Professional: Esther Niubó.
Drets Socials i Inclusió: Mónica Martínez Bravo.
Empresa i Treball: Miquel Sàmper.
Igualtat i Feminisme: Eva Menor.
Unió Europea i Acció Exterior: Jaume Duch.
Recerca i Universitats: Núria Montserrat Pulido.
Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació: Òscar Ordeig.
Esports: Bernardo Álvarez Merino.
Cultura: Sònia Hernández Almodóvar.
Política Lingüística: Francesc Xavier Vila.

68 a favor, 66 en contra i 1 absència forçosa

Aquest és el balanç del debat d'investidura al Parlament de Catalunya amb Salvador Illa (PSC) de candidat. Ha guanyat per majoria absoluta sobre 134 diputats (68 a favor, PSC, ERC i Comuns). El diputat que falta és Carles Puigdemont (Junts), que provà de ser present al Parlament i realitzà un acte públic Arc de Triomf, però que optà finalment per fer-se fonedís i evitar una detenció. El fracàs de l'Operació Gàbia i la detenció de dos agents que haurien ajudat Puigdemont mostra que el Procés no s'ha acabat. Amb Puigdemont, Torra i Aragonès el Procés era al Palau de la Generalitat, i amb el 155 i amb Illa a fora. Fins que torni a entrar.

La segona ronda de converses de la quinzena legislatura

La primera ronda de converses de la quinzena legislatura del Parlament de Catalunya per triar un candidat a la presidència de la Generalitat conclogué amb la constatació que no hi havia cap candidat.

Els pactes entre el PSC i l'ERC, i entre el PSC i els Comuns, han modificat aquesta situació, i el líder socialista Salvador Illa comunicà al president del Parlament, Josep Rull, que ara sí disposava d'una majoria suficient de 68 escons.

Rull parlà ahir amb els grups parlamentaris i avui ha comunicat els horaris de la ronda de converses:
- Salvador Illa (PSC), a 09:30 de dimarts 6 d'agost.
- Josep Maria Jové i Marta Vilalta (ERC), a 10.00h.
- Jéssica Albiach (Comuns), a 10.30.
- Albert Batet i Mònica Sales, a 11.00.
- Alejandro Fernández (PPC), a 11.30.
- Ignacio Garriga (Vox), a 12.00.
- Dani Cornellà (CUP-DT), a 12.30.
- Sílvia Orriols i Ramón Abad (AC), a 13.00.

Llavors ja se sabrà la decisió del Jovent Republicà, que disposa d'un escó crucial en el grup d'ERC.

El Parlament de Catalunya davant de la investidura de Salvador Illa

La XV Legislatura de Catalunya quedarà truncada si el Parlament no investeix un president abans de final de mes. El cas és que ahir el primer secretari del PSC-PSOE, i líder del grup socialista del Parlament, Salvador Illa, comunicà al president de la Cambra, Josep Rull, que ja disposa d'una majoria suficient. Aquesta majoria s'ha assolit amb acords amb ERC (referendat per la militància d'ERC divendres) i els Comuns. Tot plegat suma 68 diputats. Val a dir que demà dilluns Jovent Republicà valorarà si la seva diputada, del Grup d'ERC, trenca o no la disciplina de vot. Si ho, els 67 diputats podrien ser suficients atenent les dificultats de vot d'alguns diputats de Junts, particularment de Carles Puigdemont. Puigdemont, que ha declarat que serà presencialment al Parlament, podria ser detingut, en el qual cas ja no quedaria gens clar que ERC mantingués el sí a la investidura d'Illa.

Assumim, però, que Jovent Republicà no obsta a la investidura d'Illa, i que Puigdemont pot votar sense obstacles gràcies a la Llei d'Amnistia. En aquest cas el Parlament quedaria estructurat en quatre blocs:
- Bloc unionista pro-governamental: 48 diputats. Aquí sumem PSC (42) i Comuns (6). Ja sabem que el PSC no s'autodefineix com a unionista, i que els Comuns preferien el concepte d'Altres. Ens entenem, però.
- Bloc independentista pro-governamental: 20 diputats. Aquí entra ERC. Val a dir que ERC afirma que el seu sí serà un sí vigilant i supeditat a l'acompliment de l'acord.
- Bloc independentista anti-governamental: 41 diputats. Aquí sumem Junts (35), CUP (4) i Aliança Catalana (2). Val a dir que Junts es desmarca de les altres dues formacions, especialment d'Aliança Catalana. La CUP acusa Junts de ser també pro-governamental (pro-Sánchez) i no vol saber res d'Aliança Catalana, i Aliança Catalana considera Junts i CUP com a part del bloc desnacionalitzador.
- Bloc unionista anti-governamental: 26 diputats. Aquí sumem PP (15) i Vox (11). Cap de les formacions es considera unionista, ja que per ells Espanya no és un regne unit a partir dels reialmes medievals sinó una nació moderna. La relació entre PP i Vox s'ha refredat en els darrers temps, de manera que cada partit fa la seva.

Fins ara el Parlament havia estat marcat per la dicotomia entre 'independentistes' i 'constitucionalistes'. Ara la cosa es complica. El govern català no serà ja independentista. L'oposició tindrà un clar color independentista, però el pes del bloc constitucionalista en l'oposició a Illa és superior al pes que l'independentisme tindrà en el bloc governamental.

L’absorció dels neandertals en el pool genètic humà modern

Paleogenètica: En l’actualitat hi ha una sola espècie humana, Homo sapiens. Però en el passat han coexistit diferents grups d’hominins. Ara bé, entre aquests grups d’hominis, considerats espècies diferenciades, hi podia haver un flux gènic. La caracterització de l’home de Neandertal com una espècie separada, H. neanderthalensis s’interpretà originalment com una barrera per al flux gènic amb els ancestres dels humans moderns. Però els estudis genòmics fa dècades que han identificat en el genoma humà modern seqüències explicables per la introgressió de material genètic neandertal. Aquesta introgressió ha participat en l’evolució adaptativa dels genomes humans moderns. En sentit contrari, també entrà en el genoma dels Neandertals material genètic dels primers humans moderns. Li Liming, Troy J. Comi, Rob F. Bierman i Joshua M. Akey publiquen un article a la revista Science on proven de reconstruir la dinàmica d’aquests bescanvis genètics al llarg de 200.000 anys. Se centren en seqüències d’humans moderns introduïdes en el genoma de Neandertals, i en com aquestes haurien afavorit un augment local d’heterozigositat en la població neandertal. Per fer-ho aplicaren primer el mètode IBDmix en la identificació de seqüències neandertals en 2000 genomes humans moderns que fan part del 1000 Genomes Project. En el cas de genomes humans moderns africans, les seqüències neandertals coincideixen amb aquelles que en el genoma neandertal mostren una elevada heterozigositat. En genomes humans moderns no-africans no s’observa aquesta coincidència. La discrepància s’explicaria a través d’un flux genètic d’humans moderns a neandertals. Així el genoma neandertal de Vindija tindria una aportació d’humans moderns del 2,5% (53,9 Mb) i el genoma neandertal d’Altai una del 3,7% (80,0 Mb). Li et al. mostren que fins ara s’havia sobreestimat la mida de les poblacions neandertals. Alhora distingeixen dues èpoques diferents en l’entrada de material genètic d’humans moderns en les poblacions neandertals. La població neandertal en la fase final es trobava en una tendència de minvament que culminà en la seva absorció dins del pool genètic humà modern.

Li et al. han estudiat el flux gènic entre neandertals i humans moderns durant els darrers 200.000 anys. Això els ha permès estimar la població relativa de neandertals respecte de la dels humans moderns. Alhora han identificat dos polsos de flux genètic d’humans moderns a neandertals.

L’ADN antic

Aquesta recerca fou concebuda pel professor Joshua M. Akey i per l’investigador associat Liming Li. La metodologia fou dissenyada per Akey i Li. La recerca fou duta a terme per Akey, per Li, pel químic Troy J. Comi i pel bioinformàtic Rob F. Bierman. Els gràfics foren elaborats per Akey i Li.

Els autors agraeixen a membres del laboratori d’Akey per l’assistència, i en especial ho fan per a S. Moon, A. B. Wolf, K. Zhang, D. Tagore, and H. Xu. Agraeixen a F. Mafessoni (MPI d’Antropologia Evolutiva) i K. Prüfer (MPI de Ciència de la Història Humana) per orientacions en història demogràfica. Agraeixen a B. Vernot (MPI d’Antropologia Evolutiva) per dades dels genomes neandertals d’Altai i de Vindija. La tasca computacional d’aquest estudi es va fer a la Princeton University.

La recerca es finança amb un ajut dels National Institutes of Health a Akey, qui administra el projecte, i el supervisà.

La tecnologia d’ADN antic no tan sols ha permès conèixer millor l’home de Neandertal, sinó que també ha permès definir grups humans arcaics prèviament desconeguts, com l’home de Denisova. La distintivitat de grups humans no suposà una barrera absoluta al flux gènic. Així doncs, estudis d’ADN antic han constatat l’existència de barreja entre els homes moderns (Homo sapiens), neandertals i denisovans.

Hom disposa essencialment de la seqüència genòmica completa amb alta cobertura de tres individus neandertals i d’un individu denisovà. Els tres individus neandertals són identificats pels indrets on es trobaren les restes: la cova de Vindija (Croàcia), la cova de Chagyrskaya (Muntanyes Altai) i Altai (Denisova 5). L’individu denisovà és Denisova 3. És significatiu que a la cova de Denisova hom hagi trobat alhora denisovans (com Denisova 3) i neandertals (com Denisova 5).

Amb aquests quatre genomes antics i amb milers de genomes complets d’humans actuals hom ha pogut descriure la xarxa d’interaccions genètiques, incloent-hi el flux gènic entre humans moderns i neandertals, entre humans moderns i dues poblacions diferenciades de denisovans, i entre neandertals i denisovans. A Denisova hom ha arribat a trobar un individu que seria fill de mare neandertal i pare denisovà.

En humans moderns la presència de seqüències genòmiques derivades de neandertal és variable. Entre les poblacions humanes modernes d’Àfrica aquest percentatge se situa en un 2%. Pel que fa a les seqüències genòmiques derivades de denisovans, les poblacions modernes d’ascendència melanèsia i aborigen australià tenen un 2-5%, situant-se el valor més elevat en certs grups filipins.

Hom ha catalogat seqüències introgressades de neandertals i denisovans, i s’han estudiat el que impliquen funcionalment, fenotípicament i evolutivament. Les introgressions neandertals en humans moderns han estat objecte d’una selecció purificadora i positiva.

Pel que fa a la introgressió del genoma humà modern en neandertals hom ha trobat indicis d’un flux gènic força antic, anterior a la dispersió fora d’Àfrica dels humans moderns de fa 60.000 anys. Aquest primer flux gènic s’hauria produït fa 250.000-200.000 anys.

Fa 60.000-50.000 anys trobem un flux gènic des dels neandertals als humans moderns.

Com que tant Vindija com el neandertal d’Altai mostren indicis d’introgressió de seqüències d’humans moderns, cal pensar que aquest flux gènic és anterior a la divergència de Vindija i Altai.

La introgressió humana moderna en el genoma de neandertals

Li et al. recorden que la mida poblacional efectiva dels neandertals era molt limitada. També remarquen que la introgressió neandertal en genomes humans moderns d’Àfrica pot reflectir la introgressió humana moderna en neandertals.

Com que la mida poblacional dels neandertals era inferior a la mida poblacional dels humans moderns de la mateixa època, una introgressió dels segons cap als primers hauria de resultar en un augment local del nivell d’heterozigositat. Li et al. prediuen que hi hauria una superposició entre les regions d’alta heterozigositat del genoma de neandertals i les seqüències d’introgressió neandertal en humans moderns africans: aquesta superposició no seria tan evident en el cas dels humans moderns no-africans.

Heterozigositat en neandertals i introgressió en humans moderns

Li et al. apliquen la metodologia IBDmix al genomes de 2000 individus actuals del 1000 Genomes Project. IBDmix és capaç de detectar seqüències d’introgressió en un genoma problema comparant-lo amb un genoma arcaic de referència. Per evitar falsos negatius cal establir una mida mínima dels segments a estudiar (expressada en unitats de distància genètica). Li et al. apliquen un llindar mínim de 0,05 centimorgans.

Amb aquest llindar, i emprant diferents genomes arcaics troben:
- emprant com a genoma de referència el neandertal de Vindija troben 92,4 gigabases d’introgressió en tots els 2000 individus moderns.
- emprant com a genoma de referència el neandertal d’Altai troben 85,5 Gb d’introgressió en tots els 2000 individus moderns.
- emprant com a genoma de referència el neandertal de Chagyrskaya troben 84,3 Gb d’introgressió en tots els 2000 individus moderns.

Quan hom es fixa en els individus africans d’aquests 2000 genomes moderns, la introgressió neandertal se superposa significativament amb regions d’alta heterozigositat del genoma neandertal. Així, per exemple, el 60% de les seqüències que ocupen el primer vigintil d’heterozigositat del genoma del neandertal d’Altai són seqüències d’introgressió neandertal en humans moderns africans; aquest mateix percentatge baixa al 23% si hom es fixa en la introgressió neandertal en humans moderns no-africans. Un patró semblant s’observa en els genomes neandertals de Vindija i Chagyrskaya.

L’heterozigositat neandertal de regions que se superposen a seqüències d’introgressió en africans moderns és 8,6 vegades superior a les que se superposen a seqüències d’introgressió en no-africans moderns.

L’heterozigositat denisovana de regions que se superposen a seqüències d’introgressió en africans moderns és només un 30% superior a les que se superposen a seqüències d’introgressió en no-africans moderns.

Altres estudis previs han mostrat una superposició entre les regions del genoma neandertal d’Altai amb alta heterozigositat amb les regions que tenen alta heterozigositat en humans moderns. Tot plegat indica que les regions d’alta heterozigositat del genoma neandertal s’associen amb regions d’introgressió moderna.

Els components del flux gènic

Les seqüències d’introgressió neandertal en genomes moderns són el resultat bé del flux gènic sapiens → neandertal o del flux gènic invers neandertal → sapiens. Per diferenciar-los, Li et al. opten per comparar la introgressió en africans moderns amb la introgressió en europeus moderns.

Li et al. han simulat 15 Mb de seqüència de 503 europeus moderns, 108 africans moderns i 3 neandertals. Contemplen dues situacions extremes:
- 1, que tota la introgressió neandertal en humans moderns africans s’explica pel flux gènic sapiens → neandertal.
- 2, que tota la introgressió neandertal en humans moderns africans s’explica pel flux gènic neandertal → sapiens extraafricans, seguit d’un flux gènic sapiens extrafricans → sapiens africans.

Les dades afavoreixen la primera opció en detriment de la segona

El nivell d’introgressió sapiens en genoma neandertal

Li et al. estimen que el genoma neandertal de Vindija contenia 53,9 Mb de seqüència d’introgressió sapiens. La xifra és encara superior en el genoma neandertal d’Altai: 80,0 Mb. Això es tradueix, respectivament, en una introgressió del 2,5% i del 3,7%. Dit d’una altra manera, la introgressió sapiens en el genoma neandertal fou superior a la introgressió neandertal en el genoma dels humans moderns.

La introgressió sapiens en el genoma neandertal s’associa amb funcions biològiques com l’activitat de transport transmembrana d’ions metàl·lics o la via de senyalització del receptor glutamat. Aquestes funcions corresponen a gens que influeixen en la biologia del sistema nerviós central i en la captació i metabolisme de neurotransmissors: CACNG2, GRIA1, SLC6A11, GRIN2B, GRIK2 i GRM7.

La introgressió neandertal en humans moderns

Li et al., aplicant l’IBDmix sobre els 2000 genomes moderns esmentats amb el genoma neandertal Vindija com a referència troben les següents xifres d’introgressió neandertals:
- 62,3 Mb en asiàtics orientals.
- 60,1 Mb en sud-asiàtics.
- 55,8 Mb en europeus.

En més d’un 90% aquesta introgressió s’atribuiria a un flux gènic neandertal → sapiens.

Les xifres d’introgressió neandertal en genomes humans moderns africans aniria de 1,8 Mb a 2,9 Mb.

L’estimació de la mida poblacional efectiva dels neandertals

Si hom contempla exclusivament una introgressió pel flux gènic neandertal → sapiens, la mida de població efectiva a llarg termini del neandertals d’Altai seria de 3369 (amb un interval de confiança d’entre 3036 i 3520), la del neandertal de Chagyrskaya seria de 2964 (2765-3148) i la del neandertal de Vindija de 3408 (3209-3554).

Però quan Li et l. retiren de l’anàlisi les seqüències d’introgressió sapiens d’aquests genomens de neandertals, la mida de població efectiva davalla força: per Altai queda en 2484 (2223-2639), per Chagyrskaya en 2379 (2181-2569) i per Vindija en 2807 (2622-2959).

Quan hom fa la mateixa operació per als denisovans, l’estimació de la mida de població efectiva es manté tant si es considera la introgressió moderna (3824) com si no (3899).

El llinatge de neandertals d’Altai mostra una mida poblacional inferior a la dels llinatges de neandertals d’Europa. Però en tot car Li et al. remarquen que la mida poblacionals dels neandertals és menor i més variable que no pas s’havia estimat prèviament. Una mida poblacional més petita magnifica els efectes de la deriva gènica, com ara l’acumulació de mutacions deletèries.

Dos polsos diferents del flux genètic neandertal → sapiens

Li et al. estimen que hi hagué en un període ben primerenc un flux genètic sapiens → neandertal. Si aquest flux tingué lloc fa 250.000 anys hauria tingut una magnitud del 10% sobre el genoma neandertal. Si hagués estat fa 200.000 anys, la magnitud hauria estat inferior (d’un 5%).

L’antiguitat del genoma neandertal d’Altai és de 120.000 anys. La del neandertal de Chagyrskaya és de 80.000 anys. I la del neandertal de Vindija és de 52.000 anys. Els dos darrers genomes van rebre una aportació addicional de flux gènic procedent de sapiens. Aquest segon pols s’hauria produït fa 100.000 anys i tindria una magnitud del 0,5%.

Una història complexa

Fa 250.000-200.000 anys hauria començat doncs un episodi de flux gènic entre els ancestres dels humans moderns i els neandertals, en un sentit essencialment sapiens → neandertal. Aquest episodi es relacionaria amb una primera dispersió de poblacions sapiens fora de l’Àfrica on s’havien originat. Els primers humans anatòmicament moderns haurien aparegut a Àfrica fa 300.000 anys. El fòssil Apidima 1 mostra la presència d’humans moderns a la Grècia de fa 210.000 anys.

Fa 120.000-100.000 anys hauria tingut lloc un segon episodi de flux gènic sapiens → neandertal. Aquest flux gènic es relacionaria amb la formació del pont de terra emergida Nil-Sinaí, que es mantingué en el període de fa 130.000 a 96.000 anys. Es manifesta en el registre fòssil en la presència d’humans moderns a Orient Mitjà i a la Península Aràbiga.

De tota manera, l’onada més rellevant en la conformació de les poblacions humanes modernes d’Euràsia es produeix fa 60.000-50.000 anys.

Li et al. constaten que el flux gènic sapiens → neandertal més abundant (5-10%) és el de fa 250.000-200.000 anys. En el període de fa 120.000-100.000 anys el flux gènic sapiens → neandertal és del 0,5%. I, ja en el període final dels neandertals, fa 47.000-39.000 anys, el flux gènic sapiens → neandertal és pràcticament zero.

En canvi, el flux gènic neandertal → sapiens creix especialment fa 60.000-50.000 anys. Es manté encara un nivell elevat d’aquest flux fa 45.000-39.000 anys.

La raó de la unidireccionalitat d’aquests flux s’explicaria per un decreixement de la mida de la població efectiva dels neandertals. A partir d’un moment aquesta mida feia impossible que els neandertals absorbissin les poblacions humanes modernes, com sí havien fet en les onades de fa 200.000 i fa 100.000 anys. Llavors el flux neandertal → sapiens reflectia de fet l’extinció dels primer, en ésser assimilats per les poblacions humanes modernes a mesura que aquestes es dispersaven per tot Euràsia.

Signes d’aquesta assimilació dels neandertals es manifestaren en el llinatge masculí que representa el cromosoma Y (amb l’extinció dels haplotips neandertals) i en el llinatge femení que representa l’ADN mitocondrial (amb l’extinció dels haplotips neandertals).

Lligams:

- Recurrent gene flow between Neanderthals and modern humans over the past 200,000 years. Liming Li, Troy J. Comi, Rob F. Bierman, Joshua M. Akey. Science (2024)

La mutació c.1586C>T; p.Pro529Leu en el gen ARPP21 en casos d’esclerosi lateral amiotròfica

Neurogenètica: La immensa majoria de casos d’esclerosi lateral amiotròfica (ELA) són espontanis. No obstant, entre un 5% i un 10% dels casos d’ELA tenen un historial previ a la família. Aquests casos familiars han permès identificar tota una sèrie de gens mutacions dels quals hi són al darrera. Ara bé, hi ha un 30% de casos familiars d’ELA pels quals no s’ha identificat mutacions en aquesta llista de gens. El neuròleg Ricard Rojas-García, de la Unitat de Malalties Neuromusculars de l’Hospital de Sant Pau de Barcelona, ha coordinat una recerca que amplia aquesta llista amb l’addició del gen ARPP21. En un article al Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, amb el biòleg Oriol Dols-Icardo com a primer autor, expliquen que el punt de partida d’aquesta descoberta fou l’alta incidència d’ELA que es registra a La Rioja Baja. Aquesta alta incidència d’ELA a la Rioja Baja és també de casos esporàdics, però sobretot de casos familiars. Dols-Icardo et al. realitzaren una seqüenciació genòmica completa de dotze pacients amb ELA, dels quals set corresponien a casos sense antecedents familiars, i cinc a casos familiars. L’estudi genòmic fou ampliat després a familiars afectats i a altres afectats de la zona. En un total de 10 pacients amb ELA, pertanyents a set famílies diferents, trobaren la mateixa mutació: el canvi C>T en la posició 1586 gel gen ARPP21. Aquesta mutació genètica comporta la substitució de la prolina de la posició 529 de la proteïna ARPP21 per una leucina. Les sigles ARPP21 fan referència a la fosfoproteïna regulada per AMP cíclic número 21, la qual alhora és una proteïna d’unió a ARN. En els pacients estudiats no trobaren cap mutació en gens relacionats amb l’ELA. Dols-Icardo et al. recorden que en estudis previs s’havia descartat un rol causal de l’ARPP21 en l’ELA, però ells pensen que sí cal incloure aquest gen en la llista de gens causals d’ELA, la qual cosa és rellevant per aprofundir en la patologia molecular d’aquesta malaltia degenerativa que roman sense tractament efectiu.

L’estudi de set famílies de la Rioja Baja amb la mutació p.Pro529Leu de la ARPP21 ha permès explicar a Dols-Icardo per què en aquesta regió hi ha una incidència especialment alta d’esclerosi lateral amiotròfica

L’esclerosi lateral amiotròfica

L’esclerosi lateral amiotròfica (ELA) és una malaltia motoneuronal devastadora. La degeneració de motoneurones superiors i inferiors comporta feblesa i atròfia muscular. Eventualment això condueix a una insuficiència respiratòria. Des de l’inici de la malaltia l’esperança de vida es redueix a 3-5 anys. Dades clíniques, genètiques i neuropatològiques indiquen una connexió entre l’ELA i la demència frontotemporal (FTD).

La majoria de casos d’ELA són esporàdics, en el sentit que no hi ha antecedents familiars. No obstant, entre un 5% i un 10% dels casos d’ELA tenen un historial familiar previ. Vora un 70% dels casos familiars són atribuïbles a una mutació en un dels quaranta gens relacionats amb l’ELA. Tot sovint, aquestes mutacions tenen un patró d’herència mendeliana autosòmic i dominant. Entre els gens relacionats amb l’ELA destaquen els que codifiquen proteïnes d’unió a l’ARN, com és el cas dels gens TDP-43, FUS i TIA1.

La llista de gens relacionats amb l’ELA s’amplia a cada descoberta, però encara hi ha un 30% de casos familiars d’ELA que romanen sense diagnòstic genètic. Per reduir aquesta xifra hom treballa en models que transcendeixen l’herència mendeliana monogènica, i treballen amb uns pocs gens (oligogènics) o amb molts (poligènics).

Encara que una base genètica concreta afecti únicament una petita fracció de casos d’ELA, elucidar-la pot acabar en benefici per a tots els casos. Aconseguir un model precís de la patologia molecular de l’ELA podria ajudar a dissenyar teràpies proteiques i gèniques, d’aplicació general o bé personalitzada.

La taxa d’incidència d’ELA en les poblacions europees i americanes se situa entre 2-3 casos anuals per cada 100.000 habitants. Aquesta taxa és relativament uniforme, de manera que un pic regional d’incidència és sospitós d’amagar casos familiars d’ELA.

Aquest és el cas de la Rioja Baja on, a més, es diagnosticaren casos familiars d’ELA. Dols-Icardo et al. ho atribueixen a una mutació en el gen ARPP21. Així, ARPP21 seria una més de les proteïnes d’unió a ARN que causen ELA. De moment la mutació ha estat trobada en 10 pacients de 7 famílies diferents.

Una alta incidència d’ELA a la Rioja Baja

La Clínica de Malaltia de Neurona Motora de la Unitat de Malalties Neuromusculars de l’Hospital de Sant Pau de Barcelona fa part d’un centre nacional de referència. El reu registre prospectiu de casos d’ELA vistos per la Clínica remunta al 1998. Entre el 2009 i el 2022 aquest registre assenyala un nombre de casos inusualment alt d’ELA procedents d’una petita regió de La Rioja, una fracció dels quals són casos familiars. En total en aquest període i en aquesta regió visitaren 15 casos d’ELA, dels quals 7 eren casos familiars d’ELA.

Des de l’Hospital de Sant Pau es contactà amb els departaments de neurologia dels centres d’aquesta regió. Com a població elegible es determinaren els casos nous diagnosticats d’ELA en la regió que havien estat visitats entre el gener del 2009 i el desembre del 2022. Per a l’anàlisi genètica se seleccionaren els casos dels quals hom disposava de mostres d’ADN.

Les dades demogràfiques considerades eren el sexe, la data i lloc de naixement, i el lloc d’origen de la família. Les variables clíniques considerades eren l’edat en l’aparició de la malaltia, la durada de la malaltia, la regió d’aparició de símptomes motors (espinal o bulbar), el fenotip clínic (esclerosi lateral primària i/o atròfia muscular progressiva), la presència de trastorns cognitius i/o comportamentuals (inclosa la FTD).

L’historial familiar es recollia en l’avaluació clínica rutinària. Es registraven també trastorns cognitius apareguts abans dels 65 anys.

La seqüenciació genòmica completa es realitzà al Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica de Barcelona, en un instrument NovaSeq 6000 amb protocol Illumina. Les lectures de seqüència eren cartografiades en el genoma humà GRCh38.

Dols-Icardo et al. presenten els resultats d’una seqüenciació genòmica completa de 12 d’aquests pacients d’ELA, dels quals 7 són casos esporàdics i 5 són casos familiars. Els pacients complien els criteris revisats d’ELA d’El Escorial pel que fa a casos probables, probables amb prova de laboratori i definitius d’ELA. Com a casos familiars es consideraven aquells que tenien un antecedent de diagnòstic d’ELA en un parent de primer o segon grau de consanguinitat, o bé si un parent de primer grau havia rebut un diagnòstic confirmat de FTD. Tots els pacients passaren prèviament per un panell dirigit de gens causants d’ELA, i els que donaren positiu ja no entraren en la seqüenciació genòmica completa. Aquest estudi detectà una mutació en el gen ARPP21, que era present en 1 dels casos esporàdics i en 3 dels casos familiars.

La freqüència d’aquesta mutació del gen ARPP21 fou avaluada en la població espanyola a partir de la base de dades exòmica del Collaborative Spanish Variant Server, que inclou exomes i genomes de 2105 espanyols no relacionats entre ells.

Dols-Icardo et al. procediren a una expansió de l’anàlisi. En aquesta fase es feren seqüenciacions pel mètode de Sanger a 22 individus, amb els encebadors 5’ GACAGTGGTGTGCATCTTGTG 3’ i 3’ GAGACATTCGCACATACCCC 5’. La mutació ARPP21 era present en 10 individus, dels quals 9 eren casos familiars d’ELA. Aquests 10 individus pertanyen a 7 famílies no relacionades entre elles. La seqüenciació exòmica posà de manifest que en aquests 10 individus no hi havia mutacions en altres 58 gens relacionats amb ELA o FTD.

Amb el programari Somalier s’analitzà el grau de parentiu dels individus inclosos en l’estudi.

Els quatre portadors de la mutació amb dades genòmiques completes compartirien un haplotip comú.

D’acord amb la Declaració de Helsinki, tots els participants donaren un consentiment informat previ a la participació en l’estudi.

Epidemiologia d’una mutació

La Rioja Baja és la part sud-oriental de La Rioja, amb una superfície de 1219,42 km². Entre el 2009 i el 2022 la població mitjana d’aquesta regió era de 43.433 habitants, dels quals 31.324 eren majors de 18 anys. La densitat de població és de 35,62 habitants per quilòmetre quadrat.

Si hom assum una incidència mitjana d’ELA d’1,4 a 2,47 casos anuals d’ELA per 100.000 habitants, hom esperaria que a la Rioja Baja se’n diagnostiquessin entre el 2009 i el 2022 entre 5 i 10 pacients. Com que els casos familiars d’ELA suposen entre un 5% i un 10% dels casos totals, a la Rioja Baja hom en diagnosticaria un cas familiar cada 12,5-50 anys.

En realitat, però, entre el 2009 i el 2022, foren visitats 15 pacients de l’àrea d’estudi que foren diagnosticats d’ELA. D’aquests quasi la meitat (7, 46,6%) tenien un historial familiar d’ELA. En aquests set pacients no es detectà cap de les mutacions conegudes que causen ELA familiar.

Així doncs, la ratio entre casos observats i esperats és de 1,5-2,6 per a l’ELA i de 7-24,5 per a l’ELA familiar.

Dels 15 pacients, 12 eren elegibles per a una anàlisi genòmica ulterior. Un dels pacients fou exclòs quan hom trobà la mutació patogènica c.3107C>G; p.Ser1036X—NM_001199397.3 en el gen NEK1. Dels altres dos pacients no hi havia mostra d’ADN.

Els 12 pacients investigats no tenien parentiu entre ells (cosa confirmada en l’estudi genètic). En 1 dels 7 pacients d’ELA esporàdica i en 3 dels 5 amb ELA familiar es trobà la mateixa mutació en el gen ARPP21: c.1586C>T; p.Pro529Leu (NM_001385486.1 o ENST00000417925.5). La predicció molecular és que aquesta mutació perjudiqui la funció de la proteïna ARPP21. La pressió selectiva contra aquesta mutació d’estima en una puntuació GERP de 6,07.

Aquesta mutació és present en tan sols 4 dels 1.384.130 cromosomes de gnomAD V.4.0.0. No és present entre els 2105 d’individus del Collaborative Spanish Variant Server.

Els quatre portadors de la mutació tenen un haplotip comú, consistent en 442 SNPs que abasten 256 Kb de la regió 35605944–35862077 del cromosoma 3. L’haplotip també és present en vuit de no-portadors de la mutació inclosos en l’estudi. La freqüència de l’haplotip en la població ibèrica d’Espanya és del 7,48%: la freqüència és encara superior entre els britànics (11,5%).

L’ampliació de l’anàlisi a membres de famílies dels portadors de la mutació i altres pacients amb ELA de la regió es va fer pel mètode de Sanger. Així es detectà la mutació en sis persones: 1 parent afectat de la família 2 i 5 casos d’ELA addicionals de 4 famílies diferents. D’aquesta manera la mutació s’ha detectat en 10 persones de 7 famílies diferents.

Dels 10 pacients amb la mutació 5 eren homes. L’edat mitjana d’aparició de la malaltia era de 59,5 ± 11,37 anys, i la durada mitjana de la malaltia era de 16 mesos. Actualment, tan sols sobreviuen 3 pacients. En 8 dels pacients l’aparició era espinal, i en 2 bulbar. En tots els pacients hi havia un fenotip clàssic, amb presència de signes motoneuronals superiors i inferiors. En 1 dels 10 pacients hi havia problemes cognitius-comportamentuals.

Dels 10 pacients, tan sols 1 no presentava historial familiar d’ELA, però fins i tot en aquest cas tenia un germà petit que havia patit demència abans dels 65 anys. En les famílies 5 i 7 també hi ha casos de demència abans del 65 anys.

Set famílies

La família 1 era la del proband II.1. El proband II.1 havia presentat paraparesi progressiva abans dels 50, amb signes motoneuronals superiors difusos. Un germà petit, II.4, havia mort d’ELA en la trentena. II.1 va morir d’insuficiència respiratòria 13 mesos després del diagnòstic.

La família 2 era la del proband III.1. El proband III.1 fou diagnosticat abans d’ELA. El precedent d’ELA era el del seu avi patern, I.1, i el de tres ties, II.2, II.6 i II.8. III.1 va morir 16 mesos després del diagnòstic. Posteriorment el seu cosí III.3 fou diagnosticat d’ELA i també porta la mutació en el gen ARPP21.

La família 3 era la del proband II.2, diagnosticat d’ELA abans dels 70 i que encara viu. Tenia un germà II.4 que havia mort d’ELA.

La família 4 era la del proband II.1, amb un ELA de 3 anys acompanyat d’alteracions comportamentuals i cognitives. Un germà petit II.2 havia estat diagnosticat de demència abans del 65 anys. Els pares havien mort abans de 60 anys. Un germà petit, II.3, no presentava la mutació ni tampoc signes de malaltia motoneuronal.

La família 5 era la del proband III.11, que va morir d’ELA a 16 mesos del diagnòstic. En la família hi havia 7 casos d’ELA.

La família 6 era la del proband III.3, que encara viu. Hi havia dos casos més d’ELA, III.2 i II.2.

La família 7 era la del proband III.3, que morí 4 mesos després del diagnòstic per insuficiència respiratòria. El seu germà III.2 havia mort d’ELA 10 anys abans. Un cosí III.5 fou diagnosticat de demència abans de 60 anys. El seu pare havia mort de càncer pancreàtic en la setantena.

Els pacients amb la mutació p.Pro529Leu tenen una supervivència mitjana de 16 mesos, notablement inferior de l’habitual. Les característiques clíniques, però, són semblants. Aquesta mutació també ha estat detectada al Regne Unit en una família afectada per ELA.

Lligams:

- Identification of a pathogenic mutation in ARPP21 in patients with amyotrophic lateral sclerosis. Oriol Dols-Icardo, Álvaro Carbayo, Ivonne Jericó, Olga Blasco-Martínez, Esther Álvarez-Sánchez, Maria Angeles López Pérez, Sara Bernal, Benjamín Rodríguez-Santiago, Ivon Cusco, Janina Turon-Sans, Manuel Cabezas-Torres, Marta Caballero-Ávila, Ana Vesperinas, Laura Llansó, Inmaculada Pagola-Lorz, Laura Torné, Natalia Valle-Tamayo, Laia Muñoz, Sara Rubio-Guerra, Ignacio Illán-Gala, Elena Cortés-Vicente, Ellen Gelpi, Ricard Rojas-García. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry (2024).