La vitrificació d’un cervell humà a Herculà durant l’erupció del Vesuvi del 79 AD

Arqueologia: El professor Guido Giordano ha liderat una recerca sobre una peça de vidre orgànic format a partir del cervell d’una de les víctimes mortals de l’erupció de Vesuvi del 79 AD a Herculanum. En un article a Scientific Reports, Giordano expliquen el procés de vitrificació d’aquesta massa cerebral. En general, el vidre es forma quan un líquid es refreda prou ràpidament com perquè no pugui cristal·litzar. La vitrificació de teixits orgànics és una pràctica habitual en el laboratori, que es fa a través de la criopreservació en nitrogen líquid. Aquests vidres orgànics són ben fràgils a baixa temperatura, i hom pot aprofitar-ho en processos d’homogeneïtzació. Ara bé, si els vidres orgànics es deixen a temperatura ambient acaben per recuperar el seu estat tou originari. Giordano et al. ens presenten una vitrificació orgànica del tot diferent. El material d’aspecte vitri fou trobat dins del crani d’un cadàver sepultat en dipòsits de flux piroclàstic de l’erupció del Vesuvi de l’any 79. Aquest material es formà per un procés únic de vitrificació del cervell a molt alta temperatura. És la primera vegada que es descriu un vidre orgànic d’aquesta naturalesa. La temperatura de vitrificació d’aquest material era superior a 510 °C, de manera que el cadàver degué trobar-se exposat un flux piroclàstic molt més valent. Un procés de ràpid escalfament i de ràpid refredament hauria permès la formació d’aquest vidre, on quedaren preservades microestructures cerebrals.

Les electromicrografies del vidre estudiat per Giordano et al. mostren la preservació d’estructures neurals com ara axons

Un vidre natural

Els vidres naturals no són del tot rars a la Terra. L’estat vitri es correspon a una fase condensada de la matèria no-cristal·lina.

En entorns volcànics poden formar-se habitualment vidres silícics a partir del ràpid refredament de magma viscós, com és el cas de l’obsidiana.

La formació de vidres orgànics parteix d’una limitació: els teixits orgànics són format principalment per aigua. La vitrificació per criopreservació requereix assolir temperatures molt baixes, típicament de -120 °C. A temperatura ambient, aquests vidres orgànics recuperen la textura original.

És doncs ben excepcional trobar restes aparentment vitrificades de material orgànic en el crani d’una víctima d’Herculaneum soterrada pels dipòsits de flux piroclàstic que destruïren aquesta localitat i també Pompeii l’any 79 AD, en una erupció pliniana del Vesuvi.

Aquesta víctima fou trobada en el seu llit, situat en l’interior del Collegium Augustalium. Es tractaria d’un home jove d’uns 20 anys. Hom creu que es tractaria del guardià del Collegium, institució dedicada al culte de l’Emperador August. El Collegium se situava en el Decumanus maximus de Herculaneum.

Les restes de dins del crani són orgàniques i es corresponen a teixit cerebral, tal com mostra la detecció de proteïnes i d’àcids grassos. També hi ha restes de greix de cabell.

La natura vítria del material es manifesta en la seva aparença negra i lluent, com d’aspecte d’obsidiana.

La microscòpia electrònica d’escaneig posa de manifest la preservació de xarxes complexes de neurones, axons i altres estructures neurals. Hi hauria preservat material del cervell i de la medul·la espinal.

L’erupció del Vesuvi en aquella ocasió matà instantàniament diversos milers de persones. Hom ha arribat a desenterrar en les excavacions arqueològiques un total de 2000 cossos. Però només en aquest cas hi ha restes vitrificades del sistema nerviós central.

Hom esperaria que un material piroclàstic de centenars de graus Celsius cremés i destruís tot teixit tou.

L’escenari de preservació

Giordano et al. reconstrueixen un escenari en el que un núvol ràpid i molt calent de cendra seria el primer factor de mortalitat durant l’erupció del Vesuvi. El guardià del Collegium quedaria després exposat a temperatures superiors a 510 °C sense que això destruís totalment el teixit cerebral del cadàver. A mesura que el núvol de cendra es dissipava en qüestió de minuts, la temperatura davallà a condicions ambientals, a un ritme de 1000 K/s. La cendra no arribà a cobrir tot el cadàver. La caiguda de dipòsits piroclàstics sepultà progressivament Herculaneum, però ja a una temperatura inferior, de manera que el cervell vitrificat no fou danyat, i quedà preservat fins els nostres dies.

Lligams:

- Unique formation of organic glass from a human brain in the Vesuvius eruption of 79 CE. Guido Giordano, Alessandra Pensa, Alessandro Vona, Danilo Di Genova, Raschid Al-Mukadam, Claudia Romano, Joachim Deubener, Alessandro Frontoni & PierPaolo Petrone. Scientific Reports 15: 5955 (2025).

El glicocàlix de la barrera hematoencefàlica en l'envelliment i en la malaltia

Neurologia: La barrera hematoencefàlica és una estructura especialitzada que regula els bescanvis entre el sistema nerviós central i el sistema circulatori, de tal manera que el cervell queda protegit de factors circulants que el malmetrien. Un dels elements d’aquesta barrera és la capa de glicocàlix de l’endoteli dels capil·lars cerebrals, integrada per proteoglicans, glicoproteïnes i glicolípids. De fet, aquest glicocàlix és la primera interfície entre la sang circulant i la vasculatura cerebral. Carolyn R. Bertozzi i Tony Wyss-Coray han coordinat una recerca en la que han trobat que el glicocàlix de l’endoteli cerebral es troba altament desregulat en l’envelliment i en malalties neurodegeneratives. En un article a la revista Nature, amb Sophia M. Shi de primera autora, identifiquen una important pertorbació en les proteïnes O-glucosilades del domini de mucina. Aquesta pertorbació condueix a una desregulació funcional de la barrera hermatoencefàlica en ratolins, que es pot arribar a manifestar en hemorràgies cerebrals. En ratolins vells, Shi et al. apliquen virus adeno-associats per restaurar O-glicans de tipus mucina en l’endoteli cerebral, i amb això aconsegueixen millores funcionals en la barrera hematoencefàlica, una reducció de la neuroinflamació i una correcció parcial dels dèficits cognitius.

Ryan et al. mostren com la desregulació del glicocàlix associada a l’envelliment afebleix la barrera hematoencefàlica

La barrera hematoencefàlica

La barrera hematoencefàlica és la interfície vascular altament regulada que connecta dos òrgans fonamentals, la sang i el cervell. Aquesta barrera és fonamental per a l’homeostasi i correcte funcionament del cervell. La funció de barrera és exercida per les cèl·lules endotelials dels vasos sanguinis cerebrals, les quals presenten unions estretes especialitzades, tenen una molt baixa taxa de transcitosi de fase fluida i compten amb transportadors selectius. Històricament, hom ha posat molt d’interès en la membrana citoplasmàtica, tant pel que fa a la bicapa lipídica com, sobretot, a les proteïnes transmembrana. Però damunt d’aquesta membrana trobem una matriu cel·lular rica en carbohidrats: la capa de glicocàlix, que és una xarxa de glicans i metabòlits glicoconjugats (proteoglicans, glicoproteïnes i glicolípids). El glicocàlix es disposa damunt de la superfície de la cèl·lula endotelial exposada a la llum vascular, és a dir a la sang. Molts processos cel·lulars com la senyalització, l’adhesió, el transport o la morfologia són mediats pel glicocàlix. Però si la biologia d’àcids nucleics, proteïnes i lípids és ben desenvolupada, la glicobiologia sembla com si anés una passa enrere. La composició i funcionalitat del glicocàlix endotelial cerebral no és tan elucidada com la del proteoma i del transcriptoma.

Una disfunció de la barrera hematoencefàlic pot conduir a una major penetració de factors neurotòxics i inflamatoris des de la sang al cervell, i això ha estat assenyalat tant en el procés normal d’envelliment com en malalties neurodegeneratives.

La desregulació del glicocàlix durant l’envelliment

Shi et al. han utilitzat la microscòpia electrònica de transmissió per caracteritzar els canvis estructurals del glicocàlix endotelial cerebral associats a l’edat. Per poder visualitzar el glicocàlix empren nitrat de lantà sobre preparacions histològiques de ratolins joves (de 3 mesos) i vells (de 21 mesos).

En ratolins de 21 mesos hi ha, en comparació amb els de 3 mesos, una reducció significativa de la capa de glicocàlix luminal de capil·lars de l’escorça cerebral. Si a 3 mesos el gruix és de 0,540 ± 0,086 μm, a 21 mesos passa a 0,232 ± 0,092 μm. En termes d’ocupació de lumen hom passa d’una proporció de glicocàlix de 0,367 ± 0,054 a 0,207 ± 0,047.

Una comparació entre les dades de seqüenciació d’AR d’endoteli cerebral de ratolins de 3 i de 19 mesos indica que en els segons hi ha una notable desregulació de molts gens relacionats amb la glicosilació. Per exemple, hi ha una sobreregulació de gens implicats en el metabolisme de l’heparan-sulfat com són Sdc4, Hs3st1, Extl2 i Gpc5. Per contra hi ha una baixa expressió de gens implicats en la biosíntesi d’O-glicans de tipus mucina com són Galnt10, B3gnt3, Galnt2 i C1galt1.

Mitjançant un panell d’anticossos i de proteïnes selectives, Shi et al. poden utilitzar tècniques d’imatge i de citometria de flux per analitzar la composició del glicocàlix endotelial en termes de glicans, glicoconjugats i monosacàrids. Per tenir una imatge precisa han de dissociar en les preparacions tissulars microvasos o cèl·lules utilitzant més procediments mecànics que no pas enzimàtics. La microscòpia de fluorescència sobre microvasos aïllats de ratolins joves i vells indica que en els segons hi ha un augment de l’expressió de hialuronan, heparan-sulfat i condroïtin-sulfat. Per contra, hi ha una reducció en l’expressió de glicoproteïnes del domini de mucina. No s’hi veuen afectats per l’edat els nivells d’àcids siàlics o els de N-acetilgalactosamina terminal.

La citometria de flux sobre cèl·lules endotelials aïllades indica evolucions semblants dels components del glicocàlix. Els canvis en el transcriptoma, doncs, es tradueixen en el glicoma.

La caiguda de l’O-glucosilació de tipus de mucina amb l’edaat

L’O-glicosilació de tipus de mucina és una modificació post-transcripcional de proteïnes que consisteix en la vinculació a residus de serina i de treonina de α-N-acetilgalactosamina, damunt de la qual es construeixen glicans. Val a dir que aquesta O-glicosilació no és exclusiva de la família canònica de la mucina, sinó que també les trobem e proteïnes com PODXL, CD34 i DAG1.

Shi et al. estudien aquestes glicoproteïnes amb l’ús d’una proteïna recombinant StcE(E447D)–AF647 que les marca amb un fluorocrom. L’administració d’aquest marcador fluorescent a ratolins vius mitjançant una perfusió intracardíaca permet visualitzar aquestes glicoproteïnes en la part luminal dels capil·lars cerebrals. En ratolins joves el marcatge és fort, mentre que en ratolins vells és més feble i més heterogeni. Val a dir que aquest canvi amb l’edat sembla particular del cervell, i no apareix ni el cor ni en el fetge.

L’estudi de snRNA-seq de teixits procedents de malalts d’Alzheimer o de Huntington indica un afebliment diferencial de l’expressió de gens implicats en l’O-glicosilació de tipus mucina.

Dany vascular

Shi et al. utilitzen un virus adenoassociat específic de cèl·lula endotelial cerebral per reprimir l’expressió del gen C1galt1 en ratolins: AAV-PHP.V1-sCLDN5::EGFP-miR-E-C1galt1. Aquest virus és capaç d’induir un dany a la vasculatura cerebral.

La restauració del glucocàlix

Shi et al. han construït dos virus, AAV-PHP.V1-sCLDN5::EGFP-C1GALT1 i AAV-PHP.V1-sCLDN5::EGFP-B3GNT3, que respectivament sobreexpressen els gens C1GALT1 i B3GNT3 implicats en l’O-glicosilació de tipus mucina. En injectar aquests virus a ratolins de 17 mesos d’edat hi ha un enfortiment del glicocàlix luminal endotelial cerebral.

Els ratolins vells tractats amb els virus que els fan sobreexpressar B3GNT3 tenen una major puntuació en tests cognitius com el laberint Y. Això és indicatiu d’una millora en la memòria especial de treball i en els aprenentatges dependents de l’hipocamp.

Lligams:

- Glycocalyx dysregulation impairs blood–brain barrier in ageing and disease. Sophia M. Shi, Ryan J. Suh, D. Judy Shon, Francisco J. Garcia, Josephine K. Buff, Micaiah Atkins, Lulin Li, Nannan Lu, Bryan Sun, Jian Luo, Ning-Sum To, Tom H. Cheung, M. Windy McNerney, Myriam Heiman, Carolyn R. Bertozzi & Tony Wyss-Coray. Nature (2025).

- Química de clic i bioortogonal: Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal, K. Barry Sharpless, Premi Nobel de Química 2022 (5/10/2022).

Quipu, una superestructura de 400 megaparsecs i 2E+17 masses solars

Cosmologia: El principi cosmològic assum que l’univers, a una escala prou gran, és uniformement isotròpic i homogeni. Damunt d’aquest principi es fan les determinacions dels paràmetres cosmològics. Ara bé, per sota d’aquesta gran escala de l’univers uniforme hi ha tota una estructura heterogènia, que podem descriure com una teranyina de filaments que creuen el buit. Els filaments són alhora formats per supercúmuls de galàxies, els quals formen cúmuls o grups de galàxies, i aquests són integrats per galàxies, que alhora són col·leccions de sistemes estel·lar, en el marc d’un dels quals construïm el nostre coneixement astronòmic. Hom ha de conèixer bé el lloc que ocupem en l’univers per poder descriure’l cosmològicament. En el nivell més elevat de l’estructura, l’heterogeneïtat de la distribució material pot manifestar-se en modificacions de la radiació còsmica de fons, en lents gravitacionals gegantines o en modulacions del flux de Hubble d’expansió de l’univers. Pel que fa a com aquestes modulacions afectarien les nostres mesures de la constant de Hubble hem d’atendre a les concentracions de masses que tenim a una distància inferior a 250 Mpc. Això és el que han fet Hans Boehringer, Gayoung Chon, Joachim Truemper, Renee C. Kraan-Korteweg i Norbert Schartel. Böhringer et al. ofereixen en un article que apareixerà a la revista Astronomy & Astrophysics una valoració de tota l’esfera celeste de les estructures més grans que es troben a una distància d’entre 130 i 250 Mpc de la Terra. Utilitzen els cúmuls de galàxies emissores de raigs X per oferir-nos una cartografia de la distribució de la densitat a aquestes distàncies. Han trobat cinc superestructures especialment prominents, de les quals la més gran té una longitud de més de 400 Mpc i compta amb una massa equivalent a 0,2 trilions de masses solars. Böhringer et al. anomenen aquesta superestructura ‘Quipu’, i consideren que és l’estructura còsmica més gran descoberta fins ara. És cert que hom ha proposat estructures molt més grans, com la Gran Muralla Hercules-Corona Borealis, que faria 3000 Mpc de llargada, però la seva entitat discreta no és pas tan clara com la de Quipu. Les cinc superestructures que han identificat Böhringer et al. apleguen, en el volum estudiat, el 45% dels cúmuls galàctics, el 30% de les galàxies, el 25% de la matèria i el 13% del volum. Som, doncs, davant d’una fracció substantiva de l’univers. En aquestes superestructures hi ha una densitat galàctic superior a la mitjana, i aquesta densificació es deixa notar en l’entorn de la superestructura fins a una bona distància. Böhringer al. troben superestructures amb propietats semblants en simulacions basades en models cosmològics estàndards Lambda-CDM. Aquestes superestructures haurien de provocar una modificació en la radiació còsmica de fons a través de l’efecte integrat Sachs-Wolf. Les dades de la sonda Planck indiquen un senyal compatible amb aquest efecte quant a força, però estadísticament poc significatiu.

E. Hallmann retratava en el 2008 com una teranyina còsmica feta de filaments de matèria fosca que creuaven grans buits. Böhringer et al. (2025) han caracteritzat superestructures properes i consideren que és important considerar-les en la recerca astrofísica. Les superestructures podrien tindre un impacte en l’evolució de les galàxies que s’hi acullen. Alhora, els tests de models cosmològics han de considerar l’efecte d’aquestes inhomogeneïtats.

L’estructura a gran escala de l’univers

Els models cosmològics han de tindre en consideració l’estructura a gran escala de l’univers. Diferents models cosmològics ofereixen estructuracions diferents. Hom pot comprovar aquest encert comparats els resultats amb les observacions astronòmiques d’aquestes estructures a gran escala.

A final dels anys 1970 hom adoptà el terme ‘teranyina còsmica’ per referir-se a la topologia de l’univers. En general aquesta topologia venia a confirmar el principi cosmològic d’homogeneïtat i isotropia. En els darrers deu anys s’han fet esforços per descriure la distribució de matèria en l’univers local, que precisament volen identificar-hi les inhomogeneïtats.

Les inhomogeneïtats de l’univers local tenen un impacte en processos astrofísics com la formació i evolució de galàxies. En un supercúmul galàctic la distribució dels tipus de galàxies depenen de lloc que hi ocupen. En una zona de l’univers ocupada per buits, la baixa densitat material es manifesta en una constant local de Hubble superior a la mitjana còsmica. Fins i tot la radiació còsmica de fons pot veure’s afectada per la distribució local de matèria.

Podem definir l’univers local com l’integrat per objectes que tinguin un desplaçament al vermell (z) inferior a 0,03. Aquest univers local ha estat exhaustivament estudiat en projectes com 2MASS, i hom disposa de compilacions sobre les velocitats peculiars del flux còsmic.

Böhringer et al. van una mica més enllà i es fixen en objectes amb z situada entre 0,03 i 0,06. Són objectes situats a distàncies d’entre 130 i 250 Mpc. Els cúmuls galàctics situats a aquesta distància poden oferir una idea de la distribució a gran escala de la matèria.

Val a dir, però, que els cúmuls de galàxies són uns indicadors lleugerament esbiaixats, que poden amplificar les inhomogeneïtats més enllà dels valors reals. Cal aplicar-hi una funció de selecció. Böhringer et al. empren les dades del ROSAT All-Sky Survey del 1993, que ofereix detecció de cúmuls de galàxies a través d’emissions de raigs X. Hi afegeixen, a més dades de REFLEX, referents a l’hemisferi sud del cel, i del NORAS, de l’hemisferi nord. En total queda cobert el 86% del cel: queda fora la zona del cel on la Via Làctia interfereix l’observació d’objectes extragalàctics.

Una mostra de cúmuls

Els objectes del catàleg CLASSIX que han construït Böhringet al. han estat validats amb observacions des de Calar Alto i Sutherland. La lluminositat en la banda de raigs X es troba estretament correlacionada amb la massa del cúmul. El catàleg inclou 345 cúmuls galàctics, dels quals 155 es corresponen a superestructures. Cada entrada és definida per les seves coordenades celestes, desplaçaments al vermell, lluminositat de raigs X, massa i radi.

Una cartografia de la densitat material

Mitjançant la simulació Millennium, Böhringer et al. descriuen la distribució dels cúmuls en filaments materials. Així podem afirmar que el nostre univers local té una densitat inferior a la mitjana còsmica.

Caracterització de superestructures

Böhringer et al. demanen que cada superestructura contingui un mínim de 20 cúmuls galàctics, i una sobredensitat significativa. Van més enllà doncs d’un supercúmul típic. L’anàlisi resulta en la caracterització de cinc superestructures, amb masses de 0,6 a 2,4·10¹⁷ masses solars.

La més gran és Quipu. Té una longitud de 428 megaparsecs i una massa de 2,4·10¹⁷ masses solars.

Les altres quatre superestructures són Shapley, Serpens-Corona Borealis, Hercules i Sculptor-Pegasus.

Simulacions

Simulacions cosmològiques que abasten un volum 5,4 vegades superior a l’explorat resulten en 23 superestructures. Les cinc superestructures descrites per Böhringer encaixen amb el model cosmològic convencional ΛCDM.

Implicacions cosmològiques

El volum estudiat per Börhinger et al. és vuit vegades més gran que l’univers local. És lògic doncs que allà on Böhringer et al. troben cinc superestructures, a l’univers local només hi hagi una. De tota manera, l’univers local (<130 Mpc) es caracteritza per una densitat inferior a la mitjana còsmica. En estendre l’anàlisi a distàncies <250 Mpc, la densitat local ja s’acosta més a la mitjana.

En valorar els paràmetres cosmològics cal considerar el nostre ambient local. En primer lloc hi ha un efecte sobre el flux de Hubble degut a la velocitat peculiar del nostre Grup Local de galàxies respecte de la radiació còsmica de fons. La caracterització d’aquesta velocitat peculiar requereix considerar un horitzó de fins a 250 Mpc.

Lligams:

- Unveiling the largest structures in the nearby Universe: Discovery of the Quipu superstructure. Hans Boehringer, Gayoung Chon, Joachim Truemper, Renee C. Kraan-Korteweg, Norbert Schartel. A&A (2025).

El neutrino còsmic d'energia ultra-alta KM3-230213A

Astrofísica: La Col·laboració KM3NeT té com a objectiu la detecció de neutrinos còsmics amb energies superiors a un TeV. Ens obre així una nova finestra a fenòmens astrofísics. L’astronomia s’ha basat tradicionalment en l’observació d’ones electromagnètics, començant per la llum visible. Els neutrinos, com els fotons, són elèctricament neutres, però a més no interactuen amb els camps magnètics i tan sols rarament són absorbits per la matèria interestel·lar, amb la que interactuen exclusivament mitjançant la interacció nuclear feble. Aquesta capacitat de penetració, però, els fa interessants, ja que el seu origen còsmic pot remuntar a les regions més llunyanes de l’univers, i per la mateixa raó les més antigues. Els neutrinos d’alta energia poden produir-se a partir de la interacció a velocitats ultrarelativistes de raigs còsmics formats per protons o nuclis amb altres materials o amb fotons. Els neutrinos còsmics d’alta energia, doncs, actuen com un testimoni d’aquests processos astrofísics. Aquesta setmana la KM3NeT ha publicat un article a Nature on reporten l’observació d’un neutrino còsmic d’una energia ultra-alta. La detecció es va fer a través del telescopi de neutrinos que KM3NeT té situat en les profunditats de la Mar Mediterrània. L’observatori detectà de fet un muó amb una energia estimada d’entre 60 i 230 petaelectronvolts (PeV, recordem que 1 PeV = 1000 TeV!). L’enorme energia del muó i la seva direcció gairebé horitzontal indicaria com a origen una interacció d’un neutrino d’una energia encara més alta en les proximitats del detector. Si la interpretació és correcta som davant del neutrino més energètic mai detectat pels observatoris. O bé el neutrino s’ha originat en un accelerador còsmic diferent al que genera els neutrinos de més baixa energia, o bé es tracta de la primera detecció d’un neutrino cosmogènic. Aquesta darrera possibilitat implicaria un origen en les interaccions entre els raigs còsmics d’energia ultra-alta amb els fotons de radiació còsmica de fons.

Neutrinos còsmics

Els neutrinos còsmics poden produir-se bé en la proximitat d’una font de raigs còsmics o bé al llarg de la trajectòria de propagació del raig còsmic, conduint a la producció de partícules inestables secundàries que acaben per desintegrar-se en neutrinos.

Els raigs còsmics que interactuen amb l’atmosfera de la Terra produeixen neutrinos atmosfèrics. Aquests neutrinos atmosfèrics constitueixen un soroll de fons experimental en relació als neutrinos còsmics. D’aquesta manera, per tal de detectar neutrinos còsmics, cal la construcció d’observatoris de neutrinos de molt gran volum dins de cossos naturals d’aigua o de glaç. Aquesta localització permet la detecció de la llum de Cherenkov induïda pel pas de partícules carregades resultants d’interaccions de neutrinos dins o prop del detector.

La infrastructura de recerca KM3NeT consta de dos dispositius detectors de sensors òptics situats en la profunditat de la Mediterrània. El detector ARCA es troba davant de Portopalo di Capo Passero (Sicília), a una fondària de 3450 metres, i connecta amb un cable electro-òptic amb l’estació litoral de l’INFN en el Laboratori Nazionali del Sud (LNS). La geometria d’ARCA s’ha optimitzat per a l’estudi de neutrinos còsmics d’alta energia.

El detector ORCA es troba davant de Tolon, a una profunditat de 2450 metres. La geometria d’ORCA s’ha optimitzat per a l’estudi d’oscil·lacions de neutrinos.

ARCA i ORCA es troben encara en fase de construcció, però ja són operatius. Quan siguin complets disposaran de 345 línies de detecció vertical (230 d’ARC i 115 d’ORCA), cadascuna dotada de 18 mòduls òptics. Cada mòdul acull 31 tubs fotomultiplicadors (PMTs) de 3 polsades, i en apuntar a totes direccions garanteixen una cobertura de 4π estereoradians. Tant ARCA com ORCA poden identificar tots els sabors d’interaccions de neutrinos: a) els ‘rastres’ que produeixen els muons de llarga vida; b) les ‘dutxes’ de cascades electromagnètiques i hadròniques en el vèrtex de la interacció de neutrinos.

Interaccions de neutrinos poden produir muons d’alta energia que poden viatjar diversos quilòmetres dins del mar abans d’ésser absorbits. A mesura que es propaguen aquests muons perden energia principalment per processos radiatius estocàstics (bremsstrahlung, producció de parells, reaccions fotonuclears). La pèrdua d’energia mitjana per distància recorreguda és proporcional a l’energia del muó. Aquestes pèrdues estocàstiques d’energia donen lloc a cascades electromagnètiques. El nombre de partícules carregades que produeixen radiació de Cherenkov en les cascades és proporcional a la quantitat d’energia perduda pel muó en el procés. Els senyals dels PMTs permeten, a través del temps d’arribada i dels llindars temporals reconstruir la direcció i energia del muó.

En energies de l’ordre d’1 TeV els neutrinos atmosfèrics són més abundants que els neutrinos còsmics. En canvi, en energies de l’ordre de 100 TeV, els neutrinos còsmics passen a dominar. Per això la detecció de neutrinos d’aquesta energia o superior és indicativa d’un origen còsmic. En el 2013, per exemple, la IceCube Collaboration detectà neutrinos còsmics de l’ordre de PeV (1 PeV = 1000 TeV). Els més energètics detectats per IceCube són un antineutrino electrònic de 6 PeV del 2021 i un neutrino muònic de més de 10 PeV del 2022.

L’esdeveniment KM3-230213A

Ara fa dos anys, el 13 de febrer del 2023 a les 01:16:47 UTC el detector ARCA observà un muó d’energia extremadament alta. Fou catalogat com a KM3-230213A. En aquell moment hi havia 21 línies de detecció operatives, que s’havien instal·lat el 23 de setembre del 2022. L’11 de setembre del 2023 s’instal·laren set línies addicionals.

Hom disposava, doncs, de 287,4 dies de dades preses sota aquesta configuració. En aquest període es registraren uns 110 milions d’esdeveniments, dels quals KM3-230213A és el més energètic.

KM3-230213A es registrà com un total de 28086 senyals de les 21 línies de detecció. Els PMTs més propers a la trajectòria del muó quedaren saturats per la llum detectada. En el rastre del muó s’observaren tres grans dutxes.

A través dels temps i posicions mesurats en els primers senyals és possible reconstruir la trajectòria del muó. El muó viatjava a velocitats altament relativistes al llarg de diversos centenars de metres del detector. La direcció era gairebé horitzontal, amb uns 0,6° damunt de l’horitzó, i l’azimut era de 259,8°.

L’energia del muó en el detector es pot estimar a través del nombre de PMTs que hi participaren. En total ho feren 3672, és a dir el 35% dels PMTs actius, una xifra que no assoleix cap altre esdeveniment dels detectats. Simulacions de Monte Carlo permeten fer una estimació de l’energia muònica. Amb un 90% de nivell de confiança es pot estimar un marge d’entre 35 i 380 PeV.

Donada la direcció del muó, si fos un muó atmosfèric hauria d’haver creuat l’equivalent a 300 km d’aigua, cosa que es fora de l’abast fins i tot de muons de 100 EeV (1 EeV = 1000 PeV).

Pel que fa a neutrinos atmosfèrics, hom calcula que el detector tan sols seria exposat a un neutrino atmosfèric de més de 100 PeV cada 100.000 anys.

Així doncs, segons totes les hipòtesis del model estàndard, l’origen més probable de KM3-230213A és còsmic. Val a dir que l’energia del muó constitueix un límit inferior per a l’energia del neutrino còsmic. Així hom pot esperar que l’energia del neutrino còsmic desencadenant fos de 110-790 PeV.

Un flux isotròpic de neutrinos d’energia ultra-alta hauria de donar lloc a esdeveniment detectables prop de l’horitzó. Els neutrinos que entressin en l’atmosfera en un angle recte quedarien amagats pel soroll de fons de muons atmosfèrics.

L’origen celeste

Les coordenades celestes d’on provindria el neutrino còsmic de KM3-230213A són 94,3° d’ascensió recta i -7,8° de declinació. El temps es correspondria a una data juliana modificada de 59988,0533299.

Com a possibles orígens còsmics cal contemplar possibles fonts galàctiques, de l’univers local, transitòries o extragalàctiques.

Per la inclinació galàctica la font podria ser del medi interestel·lar galàctica. Malgrat que prové d’una zona del cel coincident amb els núvols moleculars d’Orió no hi ha cap font catalogada sospitosa.

Pel que fa a un origen en l’univers local, a una distància inferior a 100 Mpc, la zona en qüestió abastaria 40 galàxies. En aquestes galàxies hom no trobà cap observació sospitosa.

Pel que fa a un origen extragalàctic, caldria contemplar nuclis galàctics actius i blàzars. La zona en qüestió compta amb 12 d’aquests objectes.

Una altra línia d’investigació són els catàlegs de fonts astrofísiques de neutrinos elaborades per l’ARCA, l’ORCA, l’Antares o l’IceCube. No hi apareix cap de notable.

Una hipòtesi alternativa és la producció cosmogònica de neutrinos, és a dir la generació de neutrinos per la interacció de raigs còsmics amb radiació extragalàctica de fons o la radiació còsmica de microones de fons.

Finalment, cal contemplar la possibilitat d’una emissió transitòria, per exemple vinculada a un esclat de raigs gamma, una disrupció mareal, BL Lacs de baixa lluminositat o radioquàsars d’espectre pla.

Sigui coms sigui, la detecció d’un neutrino muònic amb una energia superior a 100 PeV és indicativa de l’existència a la natura de neutrinos d’energia ultra-alta.

Lligams:

- Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT. The KM3NeT Collaboration. Nature 638: 376-382 (2025).

- KM3NeT.

El Consorci Euclid reporta un anell d’Einstein complet al voltant de la galàxia el·líptica NGC 6505

Astrofísica: El Consorci Euclid té com a objectiu cartografiar l’univers fosc, és a dir l’energia fosca que alimenta l’acceleració de l’expansió de l’univers i la matèria fosca que promou l’agregació de supercúmuls galàctics. Un dels objectius que ha d’estudiar aquesta missió, consistent en un telescopi espacial situat en el punt L2 de l’òrbita heliocèntrica de la Terra, són les lents gravitacionals, és a dir l’efecte que una gran acumulació de matèria gravitatòria (essencialment, matèria fosca) té sobre la radiació electromagnètica que hi passa. Conor O’Riordan és l’autor corresponsal d’un article del Consorci Euclid que apareix avui a la revista Astronomy & Astrophysics en el que reporten la primera descoberta de la missió d’una lent gravitacional fortal, concretament la que condueix a la formació d’un anell d’Einstein complet al voltant de la galàxia el·líptica NGC 6505. Aquesta galàxia té un desplaçament al vermell de z = 0,042, un valor relativament baix que correspon a una distància de 179 megaparsecs. Dins de les galàxies del ‘Nou Catàleg General’ (NGC) és la primera de la qual es reporta una lent gravitacional forta. Atenent a la lluminositat de la galàxia (IE = 18,1 amb la lent, i de 21,3 sense la lent), la relativa proximitat i al caràcter complet de l’anell, O’Riordan et al. la qualifiquen com una lent forta excepcionalment rara. Al capdavall, abans de la missió Euclid, havia passat desapercebuda, malgrat que la galàxia ja havia estat catalogada el 27 de juny del 1884 per Lewis A. Swift. O’Riordan et al. aporten dades d’imatge profunda de la lent obtingudes amb la càmera de llum visible (VIS) i amb l’espectròmetre i fotòmetre d’infraroig proper (NISP) d’Euclid. També aporten una espectroscòpia resolta del Keck Cosmic Web Imager (KCWI). Les observacions d’Euclid mostren una lent gravitacional amb un senyal prou ben diferenciat del soroll de fons. Les dades de KCWI assenyalarien una valor de z per a la font de 0,406. L’instrument DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) indica una velocitat de dispersió de la galàxia de 303 ± 15 km·s^-1. L’estructura angular varia al llarg de l’anell. El radi d’Einstein de l’anell és de 2,5 segons d’arc, que es correspondria a 2,1 kiloparsecs. Aquest valor és relativament petit si el comparem amb el radi efectiu de la galàxia (que és de 12,3 segons d’arc). Dins del radi d’Einstein la fracció de matèria fosca seria de 11,1% (amb un marge de confiança entre 7,6% i 16,5%). La funció de massa inicial estel·lar del centre galàctic tindria un desplaçament a l’alça respecte del valor de Chabrier.

En el panell principal veiem una imatge que combina dades de llum visible i d’infraroig proper de la galàxia. En el quadre veiem una imatge de més alta resolució de la llum visible dels 8 segons d’arc centrals.

Lents gravitacionals fortes

En astronomia extragalàctica les lents gravitacionals fortes apareixen com la distorsió de la llum d’una galàxia distant per l’acció gravitatòria d’una galàxia que s’hi interposa. Hi ha una distorsió i alhora una magnificació de la llum de la galàxia del fons, de manera que hi veiem múltiples imatges de la mateixa galàxia. Quant aquesta font no apareix merament com un punt, i es troba angularment a prop del centre projectat de la lent s’hi forma l’estructura anomenada ‘anell d’Einstein’. És aquest un homenatge a la predicció que la teoria general de la relativitat feia sobre l’acció d’un camp gravitatori damunt de les radiacions electromagnètiques.

Els anells d’Einstein, i les lents gravitacionals en general, tenen diverses aplicacions en cosmologia. Si la font afectada varia amb el temps, és possible utilitzar la imatge rebuda per fer una determinació més precisa de la constant nt de Hubble i d’altres paràmetres cosmològics. També ens pot ajudar a inferir propietats de la matèria fosca, és a dir de la fracció de la matèria gravitatòria que no podem deduir de les emissions o absorcions de radiació electromagnètica. D’altra banda, aquests objectes poden servir per posar a prova la mateixa relativitat general. Per acabar-ho d’adobar, una lent gravitacional forta és veritablement un ‘telescopi còsmic’.

Com que sovint les galàxies que constitueixen una lent gravitacional són galàxies distants i, per la mateixa raó primerenques, pròpies d’una fase juvenil de l’univers, ja tenim ací una aplicació cosmològica. Estudiar una galàxia primerenca, però, passa primer per diferenciar entre el seu component de matèria fosca i el seu component de massa estel·lar. Per això s’han postulat funcions de massa inicial estel·lar IMF. L’evolució de les galàxies seguiria dues fases: en la primera es formen in situ les regions més internes, i més endavant l’acreció dona lloc a l’embolcall exterior.

Les lents gravitacionals degudes a galàxies properes poden ajudar a completar aquesta imatge. En aquest cas el radi d’Einstein abastaria únicament la regió central (i més massiva) de la galàxia. Així, en la lent hi dominaria la massa estel·lar en detriment de la matèria fosca. El primer exemple d’aquestes lents gravitacionals properes fou descobert en el 1985: J2237+0305. Des de llavors tan sols s’han reportat quatre casos més: J1343−3810, J2100−4225, J0141−0735 i J0403−0239.

Així doncs, NGC 6505 seria el sisè cas de lent gravitacional forta al voltant d’una galàxia relativament propera (z = 0,042). És remarcable el fet que aquesta galàxia ja aparegués en el catàleg de Swift del 1886. És una galàxia ben estudiada pel que fa a les emissions de raigs X i de radioones des dels anys 1990. Tot i amb tot, no ha estat fins a les observacions del telescopi espacial Euclid, llençat el juliol del 2023, que se n’ha descobert la lent gravitacional i l’anell d’Einstein.

L’objectiu científic principal d’Euclid és fer una estimacions més precises de paràmetres cosmològics a través de l’estudi de lents gravitacionals febles i de l’agregació de galàxies. Per això pentina una superfície del cel corresponent a 14000 graus sexagesimals quadrats. Fa 10 anys hom havia estimat que Euclid seria capaç de descobrir més de 100.000 lents gravitacionals forts.

Les dades

Fou Bruno Altieri qui descobrí aquesta lent gravitacional el setembre del 2023 mentre repassava dades inicials de la fase de verificació orientada a comprovar la contaminació per gel. L’anell d’Einstein era clarament visible en aquestes imatges, i fou confirmat amb observacions amb major enfocament. És pel seu descobridor que l’anomenen ‘lent d’Altieri’.

La galàxia NGC 6505 es troba en el camp nord profund de la missió Euclid, situada ben a la vora del límit del camp.

O’Riordan et al. han utilitzat observacions obtingudes per telescopis de la superfície terrestre per afinar la mesura fotomètrica de desplaçament al vermell. Els observatoris que participen en aquesta col·laboració UNIONS són el Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT)/Canada-France Imaging Survey (CFIS), el Pan-STARRS i el Subaru/Hyper Suprime-Cam.

O’Riordan et al. també utilitzen una espectroscòpia de la regió central de NGC 6505 obtinguda des de l’Observatori Keck, de Hawaii la nit del 31 de març del 2024.

També han recuperat l’espectre obtingut de NGC 6505 en el marc de la col·laboració DESI.

L’espectre de la galàxia-lent

O’Riordan et al. utilitzen l’espectre DEDI per extraure la cinemàtica d’estels de tipus espectral A, F, G i K. Així poden mesurar una velocitat central de dispersió de 303 ± 15 km·s^-1.

D’acord amb les dades d’Euclid, de CFHT i de DESI, el desplaçament al vermell de la galàxia NGC 6505 seria de z_d = 0,04243 ± 0,00003.

La regió central de 1,5 segons d’arc de NGC 6505 tindria una massa estel·lar corresponen a 2,51±0,06·10¹⁰ masses solars.

D’acord amb la modelització la galàxia NGC 6505 hauria anat declinant la formació d’estels, i fa uns 3.000 milions d’anys hauria començat una transició de 2.300 milions d’anys fins a esdevindre una galàxia quiescent en termes d’astrogènesi.

La distribució de llum de la galàxia-lent

O’Riordan et al. prenen la llum de galàxia des d’un quatre de 8 segons d’arc de costat. Detecten un gradient d’el·lipticitat positiva entre el centre de la galàxia i el radi d’Einstein. La massa galàctica total seria de 1,06±0.02×10¹¹ M_⊙.

El desplaçament al vermell de la font i de la lent

La galàxia-lent domina sobre el flux de la galàxia-font (que suposaria entre un 4% i un 20%). El desplaçament al vermell de la galàxia font seria de z = 0,4058 ± 0,003 d’acord amb les línies d’absorció Ca K, banda G, Mg I b i Na I D.

L’observació de la galàxia el 2 de desembre del 2023 a través de l’espectrògraf MISTRAL de l’Observatori de l’Alta Provença estimava una z molt superior, encara que aquesta estimació fou descartada d’acord amb les dades de l’Observatori Keck.

La modelització de la lent forta

La magnitud total de l’emissió fortament afectada per la lent seria de 18,1. L’emissió no afectada per la lent és molt inferior (21,3).

La proporció entre la massa estel·lar i la matèria fosca

La velocitat de dispersió de la galàxia recull la massa gravitacional total, que seria de 4,1·10¹³ masses solars. Ara bé, dins de l’anell d’Einstein dominaria la massa estel·lar amb una proporció propera al 90%.

L’impacte de la descoberta

O’Riordan et al. recorden que les lents gravitacionals properes, amb desplaçament al vermell baixos, són forçosament rares ja que el volum de l’univers proper és per fina força limitat. Per exemple, si fixem una z inferior a 0,05 només tindríem 2400 galàxies.

Una galàxia isotermal amb una z = 0,04 tan sols produiria una lent forta en 1 de cada 2000 casos. Així doncs és poc probable que Euclid trobi una lent gravitacional tan forta en una galàxia propera. Tot i amb tot, s’espera que Euclid multipliqui per cinc el nombre lents gravitacionals properes.

Quan hom tracta amb galàxies properes cal ser prudent en deduir la distància a partir del desplaçament al vermell, ja que cada galàxia pot tindre un moviment relatiu respecte del flux de Hubble. La velocitat radial de NGC 6505 és d’un allunyament de 1,3·10⁴ km·s^-1, i sembla que en un 3% aquest allunyament es degut a un moviment propi.

Lligams:

- Euclid: A complete Einstein ring in NGC 6505. C. M. O’Riordan, L. J. Oldham, A. Nersesian, T. Li, T. E. Collett, D. Sluse, B. Altieri, B. Clément, K. G. C. Vasan, S. Rhoades, Y. Chen, T. Jones, C. Adami, R. Gavazzi, S. Vegetti, D. M. Powell, J. A. Acevedo Barroso, I. T. Andika, R. Bhatawdekar, A. R. Cooray, G. Despali, J. M. Diego, L. R. Ecker, A. Galan, P. Gómez-Alvarez, L. Leuzzi, M. Meneghetti, R. B. Metcalf, M. Schirmer, S. Serjeant, C. Tortora, M. Vaccari, G. Vernardos, M. Walmsley, A. Amara, S. Andreon, N. Auricchio, H. Aussel, C. Baccigalupi, M. Baldi, A. Balestra, S. Bardelli, A. Basset, P. Battaglia, R. Bender, D. Bonino, E. Branchini, M. Brescia, J. Brinchmann, A. Caillat, S. Camera, V. Capobianco, C. Carbone, J. Carretero, S. Casas, F. J. Castander, M. Castellano, G. Castignani, S. Cavuoti, A. Cimatti, C. Colodro-Conde, G. Congedo, C. J. Conselice, L. Conversi, Y. Copin, L. Corcione, F. Courbin, H. M. Courtois, M. Cropper, A. Da Silva, H. Degaudenzi, G. De Lucia, A. M. Di Giorgio, J. Dinis, F. Dubath, C. A. J. Duncan, X. Dupac, S. Dusini, M. Farina, S. Farrens, F. Faustini, S. Ferriol, N. Fourmanoit, M. Frailis, E. Franceschi, M. Fumana, S. Galeotta, W. Gillard, B. Gillis, C. Giocoli, B. R. Granett, A. Grazian, F. Grupp, L. Guzzo, S. V. H. Haugan, J. Hoar, H. Hoekstra, W. Holmes, I. Hook, F. Hormuth, A. Hornstrup, P. Hudelot, K. Jahnke, M. Jhabvala, B. Joachimi, E. Keihänen, S. Kermiche, A. Kiessling, M. Kilbinger, R. Kohley, B. Kubik, M. Kümmel, M. Kunz, H. Kurki-Suonio, O. Lahav, R. Laureijs, D. Le Mignant, S. Ligori, P. B. Lilje, V. Lindholm, I. Lloro, G. Mainetti, E. Maiorano, O. Mansutti, O. Marggraf, K. Markovic, M. Martinelli, N. Martinet, F. Marulli, R. Massey, E. Medinaceli, S. Mei, M. Melchior, Y. Mellier, E. Merlin, G. Meylan, M. Moresco, L. Moscardini, R. Nakajima, R. C. Nichol, S.-M. Niemi, J. W. Nightingale, C. Padilla, S. Paltani, F. Pasian, K. Pedersen, W. J. Percival, V. Pettorino, S. Pires, G. Polenta, M. Poncet, L. A. Popa, L. Pozzetti, F. Raison, R. Rebolo, A. Renzi, J. Rhodes, G. Riccio, H.-W. Rix, E. Romelli, M. Roncarelli, E. Rossetti, B. Rusholme, R. Saglia, Z. Sakr, A. G. Sánchez, D. Sapone, B. Sartoris, P. Schneider, T. Schrabback, A. Secroun, G. Seidel, S. Serrano, C. Sirignano, G. Sirri, L. Stanco, J. Steinwagner, P. Tallada-Crespí, I. Tereno, R. Toledo-Moreo, F. Torradeflot, I. Tutusaus, L. Valenziano, T. Vassallo, G. Verdoes Kleijn, A. Veropalumbo, Y. Wang, J. Weller, A. Zacchei, G. Zamorani, E. Zucca, C. Burigana, P. Casenove, A. Mora, V. Scottez, M. Viel, M. Jauzac, and H. Dannerbauer. A&A, 694, A145 (2025).

- Euclid Consortium.

- Euclid discovers a stunning Einstein ring, notícia a la pàgina web de l’Agència Espacial Europea.

- El llançament del telescopi espacial Euclid de l’Agència Espacial Europea. (Disponibilitat Permanent, 2 de juliol del 2023).

Matèria orgànica nitrogenada i evaporites en les mostres retornades de l’asteroide (101955) Bennu

Química exoplanetària: Un dels objectius de la missió NASA OSIRIS-REx era portar mostres de roca i de pols de l’asteroide (101955) Bennu a la Terra per poder analitzar-les. Aquesta setmana apareixen alguns resultats d’aquestes anàlisis. Glavin et al. expliquen que hi han trobat amoni en abundància i matèria orgànica soluble rica en nitrogen. McCoy et al. ens presenten d’altra banda una seqüència evaporítica procedent de l’antiga salmorra que discorria per la superfície del petit planeta d’on s’originà Bennu. Tot plegat ens ajuda a fer-nos una composició sobre els cicles geoquímics presents en els cossos que donaren lloc als planetes del Sistema Solar. Ens podem imaginar que la salmorra oferia un medi en el qual la matèria orgànica podia interactuar i combinar-se. Hom pensa que aquests cicles abiòtics de la matèria orgànica foren la base per a l’aparició de formes de vida en diferents planetes del Sistema Solar.

Cromatogrames realitzats sobre mostres de l’asteroide Bennu

Catorze dels vint aminoàcids de les proteïnes

Glavin et al. han detectat en les mostres recuperades de Bennu la presència de 14 dels 20 aminoàcids que fan de monòmers a les proteïnes dels organismes biològics terrestres. També hi troben 5 de les 5 nucleobases que integren els àcids nucleics d’aquests mateixos organismes biològics. La síntesi d’aquestes substàncies era possible per una alta abundància d’amoni. A les mostres també hi detecten formaldehid, que seria la base se la formació de molècules orgàniques més complexes.

Els aminoàcids de les mostres de Bennu són una barreja racèmica. Això contrasta amb la situació dels aminoàcids dels organismes biològics terrestres, on dominen els L-aminoàcids en detriment dels D-aminoàcids.

L’ambient on tingué lloc aquesta síntesi prebiòtica de matèria orgànica

McCoy et al. han analitzat la mineralogia de les mostres de Bennu. Hi trobem calcita, halita, silvita i fins a 11 altres minerals. Aquests minerals foren el resultat de l’acció dissolvent de l’aigua en primer terme i de la seva lenta evaporació. Suggereixen un ambient de salmorra semblant al que ha estat proposat per a Ceres o per a Encèlad.

Lligams:

- Abundant ammonia and nitrogen-rich soluble organic matter in samples from asteroid (101955) Bennu. Daniel P. Glavin, Jason P. Dworkin, Conel M. O’D. Alexander, José C. Aponte, Allison A. Baczynski, Jessica J. Barnes, Hans A. Bechtel, Eve L. Berger, Aaron S. Burton, Paola Caselli, Angela H. Chung, Simon J. Clemett, George D. Cody, Gerardo Dominguez, Jamie E. Elsila, Kendra K. Farnsworth, Dionysis I. Foustoukos, Katherine H. Freeman, Yoshihiro Furukawa, Zack Gainsforth, Heather V. Graham, Tommaso Grassi, Barbara Michela Giuliano, Victoria E. Hamilton, Pierre Haenecour, Philipp R. Heck, Amy E. Hofmann, Christopher H. House, Yongsong Huang, Hannah H. Kaplan, Lindsay P. Keller, Bumsoo Kim, Toshiki Koga, Michael Liss, Hannah L. McLain, Matthew A. Marcus, Mila Matney, Timothy J. McCoy, Ophélie M. McIntosh, Angel Mojarro, Hiroshi Naraoka, Ann N. Nguyen, Michel Nuevo, Joseph A. Nuth III, Yasuhiro Oba, Eric T. Parker, Tanya S. Peretyazhko, Scott A. Sandford, Ewerton Santos, Philippe Schmitt-Kopplin, Frederic Seguin, Danielle N. Simkus, Anique Shahid, Yoshinori Takano, Kathie L. Thomas-Keprta, Havishk Tripathi, Gabriella Weiss, Yuke Zheng, Nicole G. Lunning, Kevin Righter, Harold C. Connolly Jr. & Dante S. Lauretta. Nature Astronomy (2025).

- An evaporite sequence from ancient brine recorded in Bennu samples.T. J. McCoy, S. S. Russell, T. J. Zega, K. L. Thomas-Keprta, S. A. Singerling, F. E. Brenker, N. E. Timms, W. D. A. Rickard, J. J. Barnes, G. Libourel, S. Ray, C. M. Corrigan, P. Haenecour, Z. Gainsforth, G. Dominguez, A. J. King, L. P. Keller, M. S. Thompson, S. A. Sandford, R. H. Jones, H. Yurimoto, K. Righter, S. A. Eckley, P. A. Bland, M. A. Marcus, D. N. DellaGiustina, T. R. Ireland, N. V. Almeida, C. S. Harrison, H. C. Bates, P. F. Schofield, L. B. Seifert, N. Sakamoto, N. Kawasaki, F. Jourdan, S. M. Reddy, D. W. Saxey, I. J. Ong, B. S. Prince, K. Ishimaru, L. R. Smith, M. C. Benner, N. A. Kerrison, M. Portail, V. Guigoz, P.-M. Zanetta, L. R. Wardell, T. Gooding, T. R. Rose, T. Salge, L. Le, V. M. Tu, Z. Zeszut, C. Mayers, X. Sun, D. H. Hill, N. G. Lunning, V. E. Hamilton, D. P. Glavin, J. P. Dworkin, H. H. Kaplan, I. A. Franchi, K. T. Tait, S. Tachibana, H. C. Connolly Jr. & D. S. Lauretta. Nature (2025).

- NASA’s Asteroid Bennu Sample Reveals Mix of Life’s Ingredients (Comunicat de premsa de la NASA).

La generació de ratolins bi-paternals a través de la modificació de gens imprintats

Biologia reproductiva: Ki Zhi-kun, del Grup de Cèl·lules Totipotencials i Regulació del Cicle Cel·lular de l’Institut de Zoologia de l’Acadèmia Xinesa de Ciències, és el primer autor d’un article aparegut avui a la revista Cell Stem Cell en el que expliquen com han aconseguit la generació de ratolins bi-paternals a través de la modificació directa de gens imprintats. Aquests ratolins bi-paternals, en el sentit que són fills biològics de dos ratolins mascles, poden arribar a l’edat adulta gràcies a una sèrie de modificacions genètiques introduïdes en cèl·lules troncals embrionàries. La creació d’una placenta bi-paternals funcional és possible gràcies a la modificació del clúster de microARNs Sfmbt2. Els ratolins amb 20 modificacions de loci assoleixen una eficiència de clonació superior.

Li et al. han aconseguit, mitjançant modificacions genètiques, que cèl·lules totipotencials embrionàries derivades d’espermatozoides condueixin a la generació de ratolins adults bi-paternals, és a dir amb dos pares biològics de sexe masculí

La impronta genètica

La informació genètica queda imprintada d’acord amb el context en el que s’ha transmès la molècula d’ADN. Les anormalitats d’impronta suposen un repte en les aplicacions de les cèl·lules troncals embrionàries, de les cèl·lules troncals de pluripotència induïda i en la clonació d’animals.

Li et al. mostren com es pot actuar sobre aquesta impronta a través de l’establiment d’un patró nou. Els defectes severs d’impronta que pateixen embrions bi-paternals de ratolí són tractats amb mutacions de canvi de pauta de lectura, delecions gèniques i edicions regulatòries sobre 20 loci cabdals. Així, embrions que altrament no serien viables, poden conduir al desenvolupament d’animals adults complets. Ara bé, aquests animals adults tenen una taxa de supervivència relativament baixa.

Els resultats de Li et al corroboren que són les anormalitats d’impronta les que forneixen la principal barrera a la reproducció unisexual en mamífers.

L’estratègia seguida per Li et al. pot inspirar la recerca en cèl·lules troncals embrionàries i en clonació d’animals, amb vistes a aconseguir avenços en la medicina regenerativa.

Fa uns anys, hom aconseguí la reproducció bi-maternal en ratolins a través de modificacions en loci associats a regions metilades diferencialment en òvuls i espermatozoides, com són lgf2-H19, Dlk-Dio3 i Rasgrf1. D’aquesta manera hom podia aconseguir individus nous a partir de cèl·lules troncals embrionàries haploides derivades d’oòcits.

Aconseguir ratolins bi-paternals és un repte força més complex. La modificació de les set regions improntades associades a la letalitat d’embrions bi-paternals per disomia uniparental paternal conduïa a embrions que mantenien encara anormalitats fins el punt de continuar ésser inviables. Ampliant les modificacions genètiques a un total de 20, incloent-hi mutacions de canvi de pauta de lectura, delecions gèniques i edicions en regions reguladores, ha estat possible la generació d’animals plenament adults bi-paternals a través d’un procés de complementació de cèl·lules troncals embrionària, injecció nuclear de cèl·lula haploide i transferència nuclear de cèl·lula somàtica.

A partir d’espermatozoides, generaven cèl·lules troncals embrionàries haploides, les modificaven, i les co-injectaven amb esperma dins d’oòcits enucleats. Així es generaven cèl·lules troncals embrionàries bi-paternals diploides.

Els ratolins bipaternals 18KO tenen una menor supervivència que els ratolins WT, però els que ho fa tenen un aspecte semblant.

Lligams:

- Adult bi-paternal offspring generated through direct modification of imprinted genes in mammals. Zhi-kun Li, Li-bin Wang, Le-yun Wang, Xue-han Sun, Ze-hui Ren, Si-nan Ma, Yu-long Zhao, Chao Liu, Gui-hai Feng, Tao Liu, Tian-shi Pan, Qing-tong Shan, Kai Xu, Guan-zheng Luo, Qi Zhou, Wei Li. Cell Stem Cell (2025).

La mortalitat pel canvi climàtic a les ciutats europees entre el 2015 i el 2099

Epidemiologia ambiental: L’estatístic i epidemiòleg ambiental Pierre Masselot, professor associat a la London School of Hygiene and Tropical Medicine, és l’autor primer i corresponsal d’un article publicat avui a la revista Nature Medicine en el que es fa una estimació de la mortalitat futura relacionada amb el fred i la calor a 854 ciutats europees sota diferents escenaris de canvi climàtic, evolució demogràfica i adaptació. Fins ara hom assumia que, entre la mortalitat relacionada amb les temperatures ambientals a Europa, és molt més elevada la deguda al fred que la deguda a la calor. Així doncs, un escenari de canvi climàtic podria conduir fins i tot a una reducció neta de la mortalitat relacionada amb la temperatura. Masselot et al. analitzen aquesta qüestió per a 854 àrees urbanes europees. En un escenari amb nul·la adaptació a la calor, l’augment de la mortalitat associada temperatures elevades depassa amb escreix la reducció en la mortalitat associada a les baixes temperatures. En l’escenari de menor mitigació i adaptació al canvi climàtic SSP3-7.0, la càrrega de mortalitat del canvi climàtic augmentaria un 49,9% entre el 2015 i el 2099, la qual cosa suposa un total de 2.345.410 morts vinculades al canvi climàtic. En escenaris d’alta adaptació al canvi climàtic, aquesta mortalitat seria menor, però no pas nul·la. La mortalitat associada al canvi climàtic és visible fins i tot al nord d’Europa per al període 2015-2099, però les xifres pitjors es troben a la regió mediterrània i a l’Europa oriental. Tan sols l’adopció de fortes mesures de mitigació i adaptació pot aturar aquesta tendència.

Masselot et al. contemplen la mortalitat per temperatures extremes en ciutats europees sota diversos escenaris de canvi climàtic per al període 2015-2099. El canvi climàtic disminueix la mortalitat associada al fred, però això no compensa l’augment de la mortalitat associada a la calor

La mortalitat per temperatures extremes

Tant la calor com el fred són factors de risc per a la salut. A Europa hom calcula que per cada 10 morts relacionades amb el fred, hi ha 1 mort relacionada per la calor. El canvi climàtic, amb un augment de la temperatura mitjana, ha comportat ja en el primer quart del segle XXI un augment important en les morts relacionades amb la calor. El creixement de les àrees i de les poblacions urbanes a Europa implica, a més, una exposició addicional a temperatures elevades. Ara bé, en les darreres dècades la mortalitat associada a la calor ha estat en part frenada per mesures d’adaptació com ara la instal·lació d’aire condicionat. En general, qualsevol millora socioeconòmica i/o en els sistemes de salut comporta una major protecció davant dels extremes tèrmics ambientals.

La funció exposició-resposta entre la temperatura i la mortalitat segueix, més que no pas una figura en forma d’U, una figura en forma de J, de manera que té un pendent superior en el costat de la calor. Aquesta funció varia segons l’edat de la persona. L’envelliment de la població comporta una major vulnerabilitat a les temperatures extremes.

Cursos sòcio-econòmics compartits

Masselot et al. consideren tres escenaris de SSP (trajectòries sòcio-econòmiques compartides):
- 1) SSP1-2.6: l’escenari d’una Europa més equitativa, implicada en la sostenibilitat i amb estils de vida de baix consum, resultant en una acció substantiva vers la mitigació i adaptació al canvi climàtic. Això es correspon a un augment de la temperatura global que no depassa el pic de 1,5 K.
- 2) SSP2-4.5: l’escenari d’una Europa que manté les actuals desigualtats, amb una major privatització i avenços escassos en matèria de mitigació i adaptació al canvi climàtic. Es correspon a un escalfament global de no pas més de 3 K.
- 3) SSP3-7.0: l’escenari d’una Europa més inestable, amb conflictes regionals i desigualtats, que comporten poc o no gens d’esforç de mitigació i adaptació al canvi climàtic. Es correspon a un escalfament global de més de 4 K.

En cadascun d’aquests tres escenaris s’assum inicialment una línia de base d’adaptació-zero, en la qual la vulnerabilitat de la població a la calor depèn exclusivament de la distribució local d’edats: és la càrrega de mortalitat de la inacció per adaptar-se a la calor. Seguidament es contemplen tres escenaris d’adaptació a la calor:
- atenuació de la mortalitat relacionada amb la calor en un 10%.
- atenuació de la mortalitat relacionada amb la calor en un 50%.
- atenuació de la mortalitat relacionada amb la calor en un 90%.

Aquests escenaris d’atenuació impliquen una reducció de la funció específica d’edat entre temperatura-mortalitat a partir d’aquella temperatura que implica un mínim de mortalitat (MMT, temperatura ideal).

Masselot et al. aprofiten dades d’Eurostat que fan una estimació de la mortalitat històrica relacionada amb la temperatura per a 854 àrees urbanes que tenen una població superior als 50.000 habitants. Aquestes 854 àrees suposen el 40% de 30 països europeus. Les dades inclouen funcions de temperatura-mortalitat per a cinc grups d’edat de cada ciutat (20-44 anys; 45-64 anys; 65-74 anys; 75-84 anys; majors de 85 anys). Masselot et al. integren aquestes funcions amb sèries de temperatura projectada, d’evolució demogràfica per grups d’edat i de taxes de mortalitat per a cada escenari SSP.

La mortalitat específicament atribuïda al canvi climàtic és la que resulta de la diferència entre la mortalitat relacionada amb la temperatura de dos subescenaris:
- subescenari ‘ple’, en el que es consideren tant la projecció de temperatura com al projecció demogràfica.
- subescenari ‘canvi demogràfic en solitari’, en el que tan sols es considera la projecció demogràfica, mentre que la distribució de temperatura segueix les dades del 2000-2014 per a tot el segle XXI (és a dir, l’escenari sense canvi climàtic).

Per a cada escenari es té en compte la incertesa climàtica que reflecteixen els resultats de 19 models de circulació general de la base de dades NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections, en el marc del Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6).

A través de la realització de projeccions per a 500 simulacions de Monte Carlo de les funcions temperatura-mortalitat, Masselot et al. propaguen la incertesa de l’anàlisi epidemiològica.

La projecció per al conjunt d’Europa

L’escenari sense adaptació comporta un augment en l’excés de mortalitat neta relacionada amb la temperatura per canvi climàtic per a tot el període 2015-2099. L’augment de les morts relacionades amb la calor depassa la reducció de les morts relacionades amb el fred. Els valors són diferents per a cada SSP:
- SSP1-2.6: l’augment net en les morts relacionades per temperatura arriba a un pic de 7,6 morts per cada 100.000 persones-any en el 2060, però després comença a davallar una mica.
- SSP2-4.5: l’augment net en les morts relacionades per temperatura arriba a un plató de 8-10 morts per cada 100.000 persones-any a partir del 2070.
- SSP3-7.0: l’augment net en les morts relacionades per temperatura arriba en el 2099 a 45,4 morts per cada 100.000 persones-any. Això suposa un augment del 49,9% comparat amb els nivells històric de 91 morts relacionades amb la temperatura per 100.000 persones-any.

En els escenaris SSP1-2.6 i SSP2-4.5, el canvi climàtic comportaria la gairebé desaparició de les morts relacionades amb la temperatura per als grups d’edat més joves. En canvi, en l’escenari SSP3-7.0 fins i tot entre les edats més joves hi ha un augment net de la taxa de mortalitat relacionada amb la temperatura.

En aquest escenari d’adaptació nul·la a la temperatura tenim, doncs:
- en SSP1-2.6 en el 2099 hi hauria al continent 7826 morts urbanes anuals atribuïbles a temperatures no-òptimes. Les morts acumulades en el període 2015-2099 pujarien a 616.798.
- en SSP2-4.5 l’excés seria de 17.856 morts. Les morts acumulades en el període 2015-2099 pujarien a 636.034.
- en SSP3-7.0 l’excés seria de 80.010 morts. Les morts acumulades en el període 2015-2099 pujarien a 2.345.410.

Diferències entre països

En l’escenari SSP3-7.0 els efectes varien a cada regió:
- a l’Europa del Sud els efectes són els més marcats, amb un augment de 124,0 morts per 100.000 persones-any en el 2099.
- a l’Europa Oriental la xifra seria de 47,0 morts per 100.000 persones-any.
- a l’Europa Occidental l’efecte seria menys marcat, amb 36,0 morts per 100.000 persones-any.

Si comparem aquestes mateixes xifres entre països tenim:
- el país més afectat seria Malta, amb un efecte net de 268,6 morts per 100.000 persones-any en el 2095.
- el país menys afectat seria Irlanda, amb un efecte net de -18,0 morts per 100.000 persones-any. És l’únic país d’Europa que veuria reduïda la mortalitat associada a temperatura en aquestes condicions.

Els mapes d’excés de mortalitat per temperatura indiquen patrons geogràfics clars, amb un gradient nord-sud especialment marcat a l’Europa Occidental. És a l’Espanya Oriental, la França Meridional, Itàlia i Malta, on l’excés és superior, cosa que es correspon al fet que en la Mediterrània Occidental tenim la taxa més ràpida d’escalfament climàtic. A l’Europa Central les xifres són també relativament altes a Suïssa, Àustria, sud d’Alemanya i Polònia.

Barcelona és una de les ciutats que experimentarà un major excés de mortalitat vinculat al canvi climàtic

En un escenari d’augment mitjà global de la temperatura de 4 K, l’efecte del canvi climàtic sobre la mortalitat vinculada a la temperatura serà d’augment fins i tot en ciutats com Aberdeen, Estocolm o Hèlsinki.

L’adaptació a la calor

Una atenuació del 10% del risc de mortalitat relacionat amb la calor seria poc efectiu en reduir l’efecte net del canvi climàtic. En cas d’una atenuació del 50%, l’adaptació només seria suficient en els escenaris més propicis (SSP1-2.6 i SSP2-4.5).

Fins i tot amb una atenuació del 50%, en l’escenari SSP3-7.0 les morts acumulades serien encara de 268.100. En aquest escenari tan sols podria ser efectiva una atenuació del 90%.

L’atenuació del 90%, en un context d’escalfament climàtic de 4 K, seria fins i tot insuficient per compensar l’augment de la mortalitat per calor en ciutats com Roma, Nàpols, Barcelona o Marsella.

Dos milions de morts

En l’escenari SSP3-7.0, en el conjunt de les 854 ciutats europees, la càrrega total acumulada de morts relacionades amb la temperatura atribuïbles al canvi climàtic pujarien a 2.000.000. Aquesta xifra podria reduir-se en dos terços sota l’escenari SSP1-2.6. Això fa una idea dels beneficis per a la salut de fer efectives polítiques fortes per a reduir la petjada de carboni.

Sense una mitigació ambiciosa, tan sols una adaptació profunda a la calor podria compensar l’exposició a temperatures elevades. Val a dir que a Espanya en les darreres dècades s’ha aconseguit una atenuació de la mortalitat per calor d’entre el 30 i el 60%.

Lligams:

- Estimating future heat-related and cold-related mortality under climate change, demographic and adaptation scenarios in 854 European cities. Pierre Masselot, Malcolm N. Mistry, Shilpa Rao, Veronika Huber, Ana Monteiro, Evangelia Samoli, Massimo Stafoggia, Francesca de’Donato, David Garcia-Leon, Juan-Carlos Ciscar, Luc Feyen, Alexandra Schneider, Klea Katsouyanni, Ana Maria Vicedo-Cabrera, Kristin Aunan, Antonio Gasparrini. Nature Medicine (2025).

- Eurostat Urban Audit. Projecte que abasta les 854 ciutats més de 50.000 habitants de la Unió Europea, Noruega, Suïssa i Regne Unit.

Mosaicisme de cromosoma X i cognició en ratolins: el silenciament dels gens Sash3, Tlr7 i Cysltr1 en el cromosoma X matern

Neurogenètica: En mamífers el sexe femení és el sexe homogamètic pel que fa als cromosomes sexuals. Això implica que cada cèl·lula femenina disposa de dos cromosomes X, un d’origen matern (X_m, derivat de l’òvul) i un altre d’origen patern (X_p, derivat de l’espermatozoide). No obstant, això en la immensa majoria de cèl·lules un dels dos cromosomes X esdevé permanentment inactivat. D’aquesta manera, en el cos de la femella hi ha un mosaicisme del cromosoma X, amb vora la meitat de cèl·lules expressant el cromosoma Xm i l’altra meitat expressant el cromosoma Xp. La variabilitat interindividual és notable, de manera que alguns individus tenen un biaix en favor del cromosoma Xm i d’altres a favor del cromosoma Xp. No tan sols és diferent la informació genètica de Xp i Xm, sinó que encara més dispars ho són en termes epigenètics, cosa explicable si atenem que el primer va passar per un procés d’espermatogènesi i el segon per un d’oogènesi. Les diferències epigenètiques es manifesten en patrons diferents de metilació de l’ADN, la qual cosa pot afectar l’expressió de gens. La professora de neurologia de la University of California San Francisco Dena Dubal ha liderat una recerca per conèixer el rol funcional del mosaicisme del cromosoma X. En un article publicat avui a Nature, amb Samira Abdulai-Saiku (UCSF) de primera autora, expliquen les dades d’un model de ratolí que únicament el cromosoma X matern (Xm). Abdulai-Saiku et al. troben que això té un impacte negatiu en la capacitat cognitiva al llarg de tota la vida, alhora que condueix a un empitjorament de l’envelliment cognitiu. Aquests dèficits cognitius s’acompanyen d’una acceleració de l’envelliment biològic i epigenètic de l’hipocamp. La base d’això seria el silenciament diferencial de gens en el cromosoma Xm, cosa que Abdulai-Saiku et al. mostren amb un rescat parcial mitjançant una tècnica CRISPR. Abdulai-Saiku et al. creuen que aquest model animal pot ajudar a entendre l’heterogeneïtat cognitiva femenina, i a explotar en general vies genètiques del cromosoma X que protegeixin contra dèficits cognitius i l’envelliment cerebral.

Abdula-Saiku et al. observen com ratolins femella que expressen únicament el cromosoma X tenen una menor capacitat cognitiva i pateixen un envelliment epigenètic accelerat del cervell

Un model de ratolins que tan sols expressen el cromosoma X matern

Abdulai-Saiku et al. denominen el seu model de ratolí ‘Xm’. Al llarg de l’estudi el comparen amb el model de mosaicisme normal, que denominen ratolí ‘Xm+Xp’. Els ‘ratolins Xm’ deriven de creuaments de ratolins amb una deleció dirigida en el gen Xist-loxP del cromosoma Xm, conduïda per una seqüència Cre específica de granulosa que permet que hi hagi una transmissió de línia germinal. La conseqüència d’aquest constructe gènic és un biaix cap a fer del cromosoma Xm l’únic actiu en les femelles resultants.

Els ratolins Xm i Xm+Xp tenen un mateix rerefons genètic, la soca congènica C57BL/6J. El biaix dels primers i el mosaicisme dels segons es comprova mitjançant una tècnica d’immunofluorescència. Cal recordar que el gen Xist no es transcriu e el cromosoma actiu, de manera que les diferències entre ratolins Xm+Xp i ratolins Xm s’han d’atribuir merament a influències epigenètiques.

Diferències funcionals generals entre ratolins Xm+Xp i ratolins Xm

Abdulai-Saiku et al. van criar camades de ratolins Xm+Xp i ratolins Xm fins a edats avançades. De les femelles d’aquests animals obtenien mesures corresponents a diferents sistemes orgànics. Per exemple, els nivells de glucèmia eren similars en tots dos casos, tant si es mesuraven en animals joves (4-8 mesos) com en animals vells (24-27 mesos). L’ecocardiografia en animals vells indicaven valors semblants. També ho era la composició corporal, la densitat òssia, la massa de teixit magre i el percentatge de greix. Ho eren també la ratio de bescanvi respiratori, la despesa energètica i el consum d’oxigen.

Diferències cognitives entre ratolins Xm+Xp i ratolins Xm

Abdulai-Saiku et al. recorden que el cromosoma X, tot i relativament petit i amb poc nombre de gens, és enriquit en gens implicats en la funció neural. Això es manifesta en la mateixa espècie humana en tot un seguit de deficiències intel·lectuals congènites amb una herència genètica vinculada al sexe que les fa molt més prevalents en el sexe masculí (recordem, el sexe heterogamètic XY).

En experiments de laberint aquàtic de Morris, Abdulai-Saiku et al. mesuren l’aprenentatge i la memòria espacials de ratolins joves de 4-8 mesos. Els resultats són semblants en ratolins Xm i ratolins Xm+Xp quan es fan amb una plataforma amagada. En canvi, quan la tasca consisteix en recordar la localització de la plataforma, els ratolins Xm mostren una menor memòria, manifestada en una major latència en localitzar la plataforma. No hi ha canvis entre els dos tipus de ratolins pel que fa a la velocitat de natació o a la capacitat de trobar una plataforma visible.

Les proves en el laberint elevat EPM indiquen que entre els dos tipus de ratolins no hi ha diferències en comportaments d’ansietat. Això indica que els ratolins Xm tenen una afectació específica de la memòria espacial.

En un test de camp obert, els ratolins Xm joves acaben per assolir un valors semblants a Xm+Xp després d’un procés d’habituació. En ratolins Xm de mitjana edat hi ha una major tendència a oblidar el cotext espacial, que encara es fa més greu en ratolins Xm d’edat avançada.

En la prova del laberint Y de dos intents, Abdulai-Saiku et al. avaluen els dèficits en la memòria de treball i en la memòria espacial. En edat juvenil, Xm i Xm+Xp assoleixen resultats semblants. En edat avançada, els ratolins Xm passen més temps en el braç familiar, indicatiu d’un empitjorament de la memòria més pronunciat que el que manifesten els ratolins Xm+Xp.

Diferències en l’envelliment cerebral

Abdulai-Saiku et al. centren seguidament l’atenció en l’hipocamp. És ben estudiat en ratolins el procés d’envelliment d’aquesta regió cerebral, que es pot seguir a través d’una sèrie de marcadors epigenètics de metilació de l’ADN. Abdulai-Saiku et al. estudien patrons de metilació en de 2045 gens específics tant en mostres de sang com d’hipocamp de ratolins joves i vells. Les mostres de sang mostren un envelliment epigenètic semblant en Xm i en Xm+Xp. En canvi, en les mostres d’hipocamp de femelles velles l’envelliment epigenètic de Xm és més pronunciat que en Xm+Xp.

Abdulai-Saiku et al. aprofiten un model transgènic de fluorescència neuronal mitjançada per Cre per poder distingir entre neurones que tenen actiu el cromosoma Xm (que marquen amb GFP) i neurones que tenen actiu el cromosoma Xp (que marquen amb tdTomato). Així en mostres d’hipocamp poden separar per citometria de flux entre neurones Xm i neurones Xp d’un mateix individu. En ratolins joves no hi ha diferències en marcadors d’envelliment epigenètic entre neurones Xm i neurones Xp. Ara bé, en ratolins vells, les neurones Xm presenten un major envelliment epigenètic que les neurones Xp. Això mostra que d’alguna manera l’activació del cromosoma X matern (Xm) té un impacte en l’envelliment de les neurones de l’hipocamp.

Abdulai-Saiku et al. connecten aquests resultats amb la síndrome de Turner en humans, on la configuració X0 consisteix justament en la presència exclusiva de cromosoma Xm. Les dones amb síndrome de Turner presenten dèficits cognitius.

Silenciament epigenètic pel cromosoma Xm

Abdulai-Saiku et al. entenen que aquest efecte del cromosoma Xm s’ha d’explicar per un silenciament gènic específic. Per investigar-ho apliquen una tècnica de seqüenciació d’ARN (RNA-seq) a ratolins transgènic femelles que tenen la configuració Xm(GFP)+Xp(tdT). Ho fan sobre mostres d’hipocamp de ratolins joves i vells, que separen en citometria de flux. La RNA-seq posa en evidència un total de 848 gens, d’entre el total de 1500 gens coneguts del cromosoma X.

El cromosoma Xm mostra el silenciament o repressió de nou gens, entre els quals hi ha Sash3, Tlr7 i Cysltr1. Aquest silenciament és present tant en ratolins joves com vells.

El cromosoma Xp mostra el silenciament de dos gens, Xlr3b i Trpc5.

Les dades de RT-qPCR dels gens Sash3, Tlr7 i Cysltr1 confirmen la baixa expressió en neurones que tenen actiu el cromosoma Xm.

L’activació de gens específics del cromosoma X al rescat

Abdulai-Saiku et al. dissenyaren una tecnologia d’activació CRISPR que promou en neurones l’expressió simultània dels gens Sash3, Tlr7 i Cysltr1. Validaren primer el procediment en cultius primaris de neurones de ratolí. En aquest model in vitro fan ús de vectors lentivirals que expressen dCas9 sota un promotor neuronal i sgRNAs sota un promotor ubicu. Al cap de dues setmanes les neurones transfectades expressen el doble aquests gens respecte a com ho feien abans.

Després transfectaren aquests vectors a l’hipocamp de ratolins femelles vells mitjançant injeccions estereotàxiques. Per immunohistoquímica comprovaren que els constructes de dCas9 i sgRNA eren expressats en el 10% de les neurones del gir dentat. Per citometria de flux comprovaren que una fracció petita de les neurones passaven a expressar els tres gens esmentats a un nivell més elevat: en aquestes neurones es produïa una estimulació de vies de producció energètica mitocondrial.

Una bateria de tests comportamentuals i cognitius indicaven que les femelles injectades amb el vector lentiviral augmentaven la capacitat d’aprenentatge espacial (laberint de Morris) i la memòria per localitzar la plataforma (laberint d’aigua).

Abdulai-Saiku et al. mostren, doncs, que les neurones d’hipocamp que tenen activat el cromosoma Xm pateixen pèrdues de funció degut al silenciament epigenètic de diversos gens. La restauració de l’expressió de tres d’aquests gens, Sash3, Tlr7 i Cysltr1, permet revertir-ne els efectes.

Lligams:

- The maternal X chromosome affects cognition and brain ageing in female mice.Samira Abdulai-Saiku, Shweta Gupta, Dan Wang, Francesca Marino, Arturo J. Moreno, Yu Huang, Deepak Srivastava, Barbara Panning & Dena B. Dubal. Nature (2025).

Poblacions humanes de fa un milió d’anys en un clima hiperàrid a Oldupai Gorge

Paleoantropologia: El professor Julio Mercader és del parer que l’interès sobre com l’ésser humà s’adapta a ambients extrems es troba massa focalitzada en l’Homo sapiens. És com si s’assumís que les espècies anteriors del gènere Homo visquessin circumscrites a biomes ‘moderats’. Com a contraexemple, Mercader és l’autor primer i corresponsal d’un article publicat aquesta setmana a la revista Communications Earth & Environment en el que posa com a exemple una població d’Homo erectus que fa un milió d’anys era adaptada a un clima desèrtic estepari. L’evidència d’aquesta població resulta d’investigacions multidisciplinars del jaciment d’Engaji Nanyori, a Oldupai Gorge (Tanzània). Mercader et al. aporten anàlisis biogeoquímiques, una datació cronomètrica precisa, simulacions paleoclimàtiques, modelitzacions de bioma, reconstruccions de focs històrics, estudis paleobotànics i paleofaunístics i dades arqueològiques per dir-nos que a Engaji Nanyori de fa un milió d’anys dominava una màquia semidesèrtica. Grups humans ocupaven, amb tot, paisatges fluvials traient el màxim profit de fonts d’aigua i d’altres punts focals. Els hominins de fa un milió d’anys disposaven, doncs, ja de prou flexibilitat ecològica. Mercader et al. pensen que aquesta flexibilitat facilità l’expansió d’H. erectus cap a les regions àrides d’Àfrica i d’Euràsia durant el Pleistocè Mitjà.

Mercader et al. han estudiat tuff (A), conglomerat volcànic (B), dipòsits en canal (C), rizolits calcaris (D), marès (E, F) i limolita (G) d’Engagi Nanyori

L’adaptabilitat del gènere humà

Els autors d’aquest estudi tenen paraules d’agraïment per a les comunitats Masai d’Oldupai Gorge. La recerca ha estat esponsoritzada pel Canadian Social Sciences and Humanities Research Council.

Cal remarcar del gènere Homo la capacitat de viure en ambients extrems com ara els deserts tropicals i polars, o les jungles equatorials. Originàriament el gènere Homo sorgeix en biomes sabanoides més moderats. Ara bé, ja fa 2 milions d’anys que s’expandí a les zones més fondes de la Vall del Rift de l’Àfrica Oriental, o que pujà a zones muntanyoses.

Mercader et al. ens ofereixen ara un altre exemple d’aquesta adaptabilitat primerenca. Aporten dades geològiques, paleontològiques, arqueològiques, químiques i paleobotàniques d’Engaji Nanyori (Oldupai Gorge) que indiquen que poblacions d’Homo erectus eren capaces fa un milió d’anys de viure en paisatges hiperàrids.

Les primeres espècies del gènere Homo, com Homo habilis o Homo ergaster, vivien exclusivament a Àfrica, i ho feien sobretot en un rang ecològic relativament restringit a mosaics de boscos, sabanes i prats. Això les feia vulnerables a les anades i vingudes paleoclimàtiques, provocades pels cicles de precessió i d’excentricitat de l’òrbita heliocèntrica de la Terra. Mercader et al. consideren que aquesta visió és un xic simplista i que és necessari aprofundir en jaciments que responien a condicions paleoclimàtiques més extremades.

La localitat que trien és el jaciment III (Bed III) d’Engaji Nanyori, a Oldupai Gorge, en la zona equatorial de l’actual Tanzània. Hi aporten dades de contextos excavats recentment, una estratigrafia sedimentària exhaustiva i un marc cronològic amb datacions absolutes precises. Tot plegat ajuda a contextualitzar unes restes d’Homo erectus trobades en els anys 1960. Segons Mercader et al., la regió on es troba Oldupai Gorge experimentava condicions semidesèrtiques durant la primera meitat del Pleistocè Mitjà. La vegetació característica de l’època, amb presència d’Ephedra spp., es troba actualment milers de quilòmetres al nord, en els marges del Sàhara, i fins a Aràbia. La presència d’hominins arcaics en aquestes condicions és una prova de plasticitat ecològica. Les dades de comunitats vegetals, incendis forestals, restes faunístiques consumides, eines lítiques, indiquen que el comportament humà davant l’aridesa consistia en una focalitat persistent en l’ús de la terra i l’aprovisionament. Així, els grups humans es concentraven en paisatges fluvials, en localitats ocupades repetidament durant mil·lennis.

Dinàmica fluvial i estratigrafia

El Llit III fou dipositat fa 1,2-0,9 milions d’anys. En aquest període processos tectònics i climàtics afectaren la geografia del Serengeti oriental. La formació de falles per esquinçament alteraven la posició de la conca sedimentària d’Oldupai, amb modificacions de les xarxes de drenatge fluvial. Els rius veieren desplaçat el curs cap a l’est i el nord, la qual cosa va fer que creuessin planes al·luvials salines, càlciques o alcalines, aspecte que es manifesta en la precipitació d’analcima i calcretes. El paleollac d’Oldupai experimentà episodis d’assecament, amb fluctuacions en el nivell de l’aigua. Durant les fases eixutes es formaren jaciments rogencs desèrtics, amb un color degut a l’oxidació del ferro del sediment.

Al nord d’Engaji Nanyori es formà durant el Pleistocè Mitjà una confluència fluvial. Al Llit III confluirien dues conques de biomes ben diferents: 1) les terres altes volcàniques del sud-est; i 2) les planes del Serengeti a l’oest. Els dipòsits en canal-cinturó es poden distingir segons l’origen, orientació i distribució del sediment. Un ambient canviant es manifesta en la successió sedimentològica de corrents perennes i efímers, amb sis fàcies: 1) conglomerat volcaniclàstic; 2) fangolita motejada roja; 3) fangolita rogenca-bruna; 4) gres més o menys fi; 5) limolita gris-rosada; 6) fangolita grisa. Canals fluvials de 20 metres d’ample i 1 metre de fondària formaven meandres. El canal C consisteix en dipòsits amalgamats verticalment i lateralment. Els dipòsits del canal B tenen una amplada de 125 metres. En els dipòsits del canal A hom trobà l’Homínid d’Olduvai (OH34), classificat com a Homo erectus.

Durant 300.000 anys s’acumularen en el Llit III 10 metres de sediment. A sota hi trobem Tuff IID que, per mètode de ⁴⁰Ar/³⁹Ar ha estat datat a la Universitat de Manitoba en 1,332 ± 0,020 milions d’anys. La base del Llit III tindria una antiguitat de 1,19 ± 0,06 milions d’anys, i els dipòsits on hom trobà OH34 tindrien una edat de 0,99 ± 0,06 milions d’anys.

La degradació ecològica durant la transició cap al Pleistocè Mitjà

L’evapotranspiració extensiva en una conca tancada reduí la disponibilitat d’aigua dolça afavorint l’aparició d’erms i la formació de deserts esteparis o ambients semidesèrtics. Les condicions àrides reduïren la coberta vegetal i focs freqüents provocaven pertorbacions ecològiques. L’anàlisi de pol·len fòssil fet al Geological Survey of Canada (Calgary) indica una proporció de 10:1 entre gimnospermes:angiospermes. Les gnetals eren l’ordre dominant, amb presència d’almenys sis espècies d’arbusts efedroides xèrics. La major part del pol·len prové d’Ephedripites, principalment del gènere Ephedra.

Actualment el gènere Ephedra es troba en la zona Sàharo-Arabiana. Cal pensar, doncs, que Oldupai Gorge, a una latitud de 3°S, tenia una vegetació Sàharo-Sindiana.

Els models indiquen que el Pleistocè Mitjà es caracteritzà per una alternança a la zona entre comunitats vegetals mesofítiques i xerofítiques. La major aridesa es correspon a la fase MIS 30, i més concretament a un període de fa 1,043 milions d’anys. Els ecosistemes semidesèrtics s’estenien fins a l’Àfrica equatorial, incloent-hi la zona entre Oldupai Gorge i el sud-est del Llac Victòria. Actualment a la zona hi ha sabanes i prats. Fa un milió d’anys la conca de Turkana devia ésser un veritable desert, sense vegetació ni aigua superficial.

L’anàlisi d’isòtops estables de carboni realitzat a la Universitat de Calgary sobre l’esmalt dentari d’herbívors fòssils de la mateixa època i indret indica una dieta dominada per herbes C₄. La fotosíntesi C₄ minimitza la fotorespiració i permet la producció vegetal en condicions d’alta temperatura i irradiació solar. En canvi, en el Pleistocè Primerenc, a la conca d’Oldupai, hi havia una barreja de plantes C₃ i C4.

En els sòls de planes inundables de la fàcies 2 hi ha presència de fitòlits corresponents a arbusts llenyosos i monocotiledònies. La nucleació de zeolites en aquests fitòlits és indicativa d’unes condicions de forta evaporació i de precipitació de carbonats. La presència d’alcans de cadena mitjana és indicativa de la presència de plantes herbàcies aquàtiques prop dels meandres fluvials.

Mercader et al. discerneixen en el registre sedimentari d’Engaji Nanyori marcadors moleculars i microscòpics d’incendis forestals. Analitzen la presència d’hidrocarburs saturats, incloent-hi alcans ramificats i cíclics. El predomini clar d’alcans de cadena curta indica situacions de crema incompleta de biomassa. Quelcom semblant indica la major presència de fenantrè en detriment de metilfenantrens alquilats, o la presència de fluorantrè en detriment de pirè. En els sediments hom detecta material microscopi carbonitzat.

Com responia l’home a les condicions d’eixutesa

En la conca hiperàrida de Llit III, l’activitat dels hominins es focalitzava principalment allà on hi havia amb major freqüència aigua circulant, és a dir en els entorns dels dos sistemes fluvials esmentats. Aquests sistemes fluvials s’alimentaven de la precipitació en dues conques ben diferents. La precipitació en aquestes conques permetia que arribés aigua a la conca de Llit III.

L’activitat humana es manifesta particularment en l’acumulació d’indicis de producció d’eines de pedra per a processar carcasses animals. Les excavacions dels anys 1960 i 1970 a Engaji Nanyori generaren un bon inventari d’artefactes i fòssils, en un context de canals, barres en punta i dunes subaquàtiques: més de 22.000 peces escampades en 300 m². Llavors hom interpretà la troballa com a signe d’acampament humà al costat del curs d’aigua. Mercader et al. pensen més aviat en un hàbitat conformat per basses.

Els hominins abocaven lloses de quarsita en els canals dessecats i en les vores de les basses de la fàcies 5. Dels còdols d’aquests mateixos indrets prenien fonolita i basalt. La indústria lítica que practicaven era del complex acheulià. En el mateix indret d’abastiment de la matèria primera es feia una reducció lítica a través de percussió dura, que es manifesta en ascles corticals, pedres-martell i bulbs difusos. Entre els mètodes d’explotació de la pedra dominaven l’ortogonal bifacial, el longitudinal unipolar i el centripetal bifacial.

Als Llits I-II, amb una antiguitat de 2,0-1,3 milions d’anys, trobem una indústria lítica olduvaiana associada a poblacions hominines del Pleistocè Inicial, corresponents a les espècies Homo habilis i Paranthropus boisei. Els Llits III-IV tenen una antiguitat de 1,2-0,9 milions i es corresponen a l’Homo erectus del Pleistocè Mitjà. Mercader et al. han fet una anàlisi de components principals de jaciments lítics de la zona que mostra la continuïtat entre les indústries olduvaiana i acheuliana. Ara bé, al jaciment d’Engaji Nanyori hi ha una major diversitat de tipus d’eines amb burines, denticulats i raspadors, associats amb activitats d’escorxament, cosa que indicaria que es tractava d’un centre especialitzat de processament i explotació de recursos. Mercader et al. hi viuen una especialització tècnica per fer front a la vida en nínxols àrids.

Exemples de la indústria lítica d’Engaji Nanyori de fa un milió d’anys: A) l’eina gran de tall n. 3713 de quarsita; B) l’eina gran de tall n. 2486 de quarsita; C) l’eina de culla n. 890 de basalt; D) el nucli centripetal bifacial de quarsita n. 2262; E) denticulat de quarsita n. 2318 i F) raspador dihèdric de fonolita n. 1197

A Engaji Nanyori es registra una acumulació antropogènica d’ossos animals: 43.000 espècimens en 300 m². La localitat devia ésser utilitzada repetidament en la tasca d’accedir de manera primària i immediata a les parts axials i apendiculars de bòvids adults de fins a 300 kg. Hi ha una correlació entre les coordenades tridimensionals dels espècimens lítics i els espècimens ossis. Els hominins ocuparien el lloc de principal depredador i acumulador de restes animals, ja que hi ha pocs nivells de destrucció d’ossos de carnívors i poques marques dentàries. Hi havia una activitat intensa de tall de carn: els ossos manifesten marques de tall indicatives de descarnacions, espellament i desarticulació. Hi ha signes també d’extracció del moll de l’os.

La fauna local era dominada per bòvids. També hi ha una fauna aquàtica amb presència de Crocodylidae i Hippopotamidae, juntament amb tortugues i bagres: uns tindrien un caràcter migratori i altres eren habitants permanents de les basses. Pel que fa a la fauna d’hàbitats oberts hi ha Reduncini, Antilopini i Equidae.

Restes òssies amb marques antropogèniques de tall: A) òs llarg n. 192 amb marques obliqües paral·leles; B) fragment d’os llarg n. 321 amb una marca de tall obliqua; C) fragment d’os llarg n. 881 amb marques de tall obliqües i paral·leles; D) fragment d’os llarg n. 952 amb marques de tall obliqües i longitudinals; E) fragment d’os llarg n. 191 amb una marca de tall obliqua; F) fragment d’os llarg n. 54 amb marca de tall transversal

La flexibilitat ecològica d’Homo erectus

Hi ha una discrepància entre les dades que suggereixen models paleoclimàtics i de vegetació per a MIS 30 al nord de Tanzània, i les reconstruccions de camp que han fet Mercader et al. Aquestes darreres indiquen unes condicions d’aridesa extrema, amb dessecació de llacs, sòls salinitzats i alcalinitzats, formació de llits rojos desèrtics i augment dels incendis forestals. La vegetació era dominada per màquies efedroides xerofítiques i no sabanes com indiquen els models.

Si la reconstrucció paleoclimàtica de Mercader et al. és correcta, Homo erectus hauria tingut la capacitat d’adaptar-se a una regió d’aridesa extrema. Per fer-ho modificaren les estratègies caçadores-recol·lectores, l’ús d’eines, l’explotació del medi i la gestió de recursos. Engaji Nanyori representaria el primer exemple d’adaptació de l’Homo erectus africà a situacions d’aridesa propiciades per l’alta variabilitat climàtica de l’inici del Pleistocè Mitjà. Els deserts esteparis del nord de Tanzània foren ocupats per aquests humans durant mil·lennis. Mercader et al. pensen que aquests humans foren pioners en l’ocupació de la zona ecoclimàtica Saharo-Sindiana. Aquesta regió connecta l’Àfrica Oriental amb l’Àfrica del Nord i l’Àfrica Occidental, així com amb la Península Aràbia.

Mercader et al. pensen que l’establiment d’Homo erectus en hàbitats marginals fou la base de la capacitat de dispersió d’aquesta espècie humana a Euràsia, on trobaria ecosistemes nous i diversos, i sovint extrems. Seria el primer pas per convertir el gènere humà en un gènere cosmopolita.

Lligams:

- Homo erectus adapted to steppe-desert climate extremes one million years ago. Julio Mercader, Pamela Akuku, Nicole Boivin, Alfredo Camacho, Tristan Carter, Siobhán Clarke, Arturo Cueva Temprana, Julien Favreau, Jennifer Galloway, Raquel Hernando, Haiping Huang, Stephen Hubbard, Jed O. Kaplan, Steve Larter, Stephen Magohe, Abdallah Mohamed, Aloyce Mwambwiga, Ayoola Oladele, Michael Petraglia, Patrick Roberts, Palmira Saladié, Abel Shikoni, Renzo Silva, María Soto, Dominica Stricklin, Degsew Z. Mekonnen, Wenran Zhao & Paul Durkin. Communications Earth & Environment 6: 1 (2025).

La cohort longitudinal d’adolescents IMAGEN: trastorns alimentaris, psicopatologia, maduració cerebral i risc genètic d’obesitat

Neurociència: El projecte de recerca IMAGEN examina com factors biològics, psicològics i ambientals durant l’adolescència poden influir en el desenvolupament cerebral i en la salut mental. En un article a la revista Nature Mental Health, investigadors del Consorci IMAGEN presenten dades d’una cohort longitudinal d’adolescents. La primera autora de l’article és Xinyang Yu, que fa la tesi doctoral al King’s College London sobre els factors de risc bio-psico-social dels trastorns de la conducta alimentària en joves, tenint com a supervisores les professores Sylvane Desrivières i Ulrike Schmidt. Yu et al. han investigat les associacions entre conductes alimentàries, predisposició genètica a un elevat índexs de massa corporal (IMC) i les trajectòries entre 14 i 23 anys pel que fa psicopatologia de la conducta alimentària i la maduració cerebral. Prenen en consideració dades a 23 anys de 996 individus, i els classifiquen en tres grups alimentaris: 1) restrictiu; 2) emocional/incontrolat; i 3) d’alimentació saludable. Aquests grups es poden diferenciar d’acord amb puntuacions poligèniques vinculades a l’IMC, símptomes de trastorns alimentaris, internalització i externalització de problemes i maduració cerebral. En els grups 1) i 2) és menys marcada la disminució de volums i gruixos de diverses regions cerebrals. Una menor disminució del volum cerebel·losa explica els efectes de la puntuació poligènica en una alimentació restrictiva. Reduccions volumètriques menors en múltiples regions cerebrals expliquen la relació entre una externalització elevada de problemes i l’alimentació emocional/incontrolada.

Yu et al. identifiquen interaccions entre característiques morfològiques cerebrals i la conducta alimentària.

Els trastorns de la conducta alimentària

Els trastorns de la conducta alimentària són malalties psiquiàtriques greus amb elevada taxa de mortalitat, un fort impacte en la qualitat de vida i una càrrega econòmica. La prevalença tendeix a augmentar, particularment en el període central de l’adolescència. El consorci IMAGEN vol contribuir a una detecció el més primerenca possible, que faci possible intervencions efectives.

Els factors de risc més pregons dels trastorns alimentaris són conductes alimentàries com ara una dieta restrictiva o un excés d’ingesta. Aquestes conductes augmenten el risc d’adoptar comportaments de control de pes gens saludables i de patir malalties com la bulímia nervosa o el trastorn per afartament.

La restricció cognitiva, és a dir la restricció conscient de la ingesta d’aliment amb la voluntat de controlar el pes corporal i la figura, pot conduir a episodis de sobrealimentació i és alhora un fort predictor d’una ingesta desordenada i d’una percepció negativa de la pròpia imatge corporal.

L’alimentació descontrolada consisteix en menjar en resposta a la palatabilitat d’aliments, senyals socials i la fam, la qual cosa condueix a episodis d’alimentació. L’alimentació emocional consisteix en episodis d’alimentació desencadenats per un afecte negatiu. Aquests patrons alimentaris s’associen amb una major susceptibilitat a patir trastorns de la conducta alimentària, a fer eleccions hedonístiques d’aliments i a un major IMC i obesitat.

Estudis genètics indiquen que aquests comportaments alimentaris tenen una base hereditària, associada alhora amb el risc de patir obesitat.

Estudis neurològics indiquen que aquests comportaments també tenen una base neurobiològica. Els sistemes hipotalàmic, d’emoció/memòria i executius participen en el control de l’alimentació. També hi participarien en les diferències individuals l’activació neural d’estructures prefrontals i de regions de recompensa estriatals, així com el volum d’aquestes mateixes regions.

Els símptomes psicopatològics internalitzants i externalitzants també podrien ajudar en la detecció primerenca de trastorns de la conducta alimentària. Problemes externalitzadors en la primera adolescència prediuen l’aparició i persistència de patologies alimentàries. Símptomes d’ansietat prediuen l’aparició en l’adolescència de trastorns alimentaris.

Tres perfils d’alimentació

IMAGEN és un estudi de cohort longitudinal que combina dades genètiques i de neuroimatge d’adolescents recrutats a vuit centres d’estudi localitzats a Anglaterra, Irlanda, França i Alemanya. En cada localitat hi ha l’aprovació d’un comitè ètic, fonamentada en el consentiment informat escrit dels participants i dels seus pares o tutors. Per garantir l’homogeneïtat d’ancestre, l’estudi s’enfocà a adolescents d’ascendència europea.

Les neuroimatges s’obtenien per ressonància magnètica (MRI).

El genotipat es feia amb Illumina Human610-Quad BeadChip i Illumina Human660-Quad BeadChip.

Yu et al. utilitzen dades de 996 participants de la cohort IMAGEN. Són 478 homes i 518 dones, dels quals disposen de puntuació TFEQ (Qüestionari Alimentari de Tres Factors, de 18 punts) a l’edat de 23 anys, i dels quals tenen un mínim d’una mesura de la puntació SDQ (Qüestionari de Fortaleses i Dificultats, de 20 punts) feta a les edats de 14, 16, 19 o 23 anys.

Mitjançant una anàlisi d’agregació per mitjanes K identifiquen tres grups amb diferents comportaments alimentaris.

El primer grup (423 participants) puntua baix en tots els comportaments alimentaris. Són definits com a menjadors saludables.

El segon grup (324 participants) puntua alt en restricció cognitiva. Són definits com a menjadors restrictius. Es diferencien dels menjadors saludables pel fet de menjar conscientment menys per limitar el guany de pes, en la intensitat de l’alimentació restringida, en menjar conscientment menys del que voldrien i en evitar aliments que temen que els farien engreixar-se. De tota manera, tenen una major tendència al descontrol alimentari que no pas els menjadors saludables.

El tercer grup (249 participants) mostren una major puntuació en alimentació emocional i descontrolada. Són definits com a menjadors emocionals/incontrolats. Els distingeixen dels menjadors saludables comportaments com el fet de menjar més quan se senten tristos, sols o angoixats, la incapacitat de deixar de menjar o la freqüència d’episodis d’afartament. Són més restrictius que els menjadors saludables.

Entre els menjadors restrictius i els emocionals/incontrolats trobem una major proporció de dones.

Val a dir que l’índex de massa corporal tendeix a ser superior en els menjadors restrictius i en els menjadors emocionals/incontrolats. Aquesta diferència s’explica, ni que sigui en part, per una puntuació poligènica que hi predisposa.

La trajectòria adolescent dels tres grups en símptomes de trastorns de la conducta alimentària

Són símptomes de trastorns alimentaris fer dieta, menjar fins a afartar-se i purgar-se.

Els menjadors restrictius es caracteritzen per una major tendència a fer dieta entre els 14 i els 23 anys. Això és especialment marcat entre els 14 i els 16 anys. Entre els 14 i 19 anys experimenten una major tendència a menjar fins a afartar-se.

Els menjadors emocionals/incontrolats tenen una major tendència a fer dieta entre els 14 i 16 anys, i una major tendència a menjar fins a afartar-se entre els 14 i els 19. També tenen una major tendència a purgar-se entre els 14 i els 23 anys.

Problemes d’internalització i d’externalització

Els menjadors no-saludables presenten diferències significatives respecte als menjadors saludables en el desenvolupament de problemes d’internalització al llarg dels anys. Els problemes d’internalització tendeixen a créixer entre els 14 i els 23 anys.

Els problemes d’externalització tendeixen a disminuir entre els 14 i els 23 anys en tots tres grups. A 14 anys, els problemes d’externalització són majors entre els menjadors no-saludables respecte dels menjadors saludables.

Diferències en la maduració cerebral

Les neuroimatges dels participants permeten investigar tres paràmetres:
- el volum de matèria grisa.
- el gruix cortical.
- la profunditat de solc.

En les comparacions es tracten com a covariats el sexe, el lloc de recrutament i el volum intracranial local.

Entre els 14 i els 23 anys hi ha una reducció del volum de matèria grisa del cerebel esquerre. Ara bé, aquesta reducció és menys marcada en menjadors restrictius.

També hi ha reduccions del volum de matèria grisa en l’hemisferi cerebral dret entre els 14 i 23 anys. En menjadors emocionals/incontrolats aquestes reduccions són menys marcades en el gir frontal mitjà, en el putamen, en el gir frontal superior medial i en el gir post-central.

Entre els 14 i els 23 anys hi ha un augment del volum de matèria grisa en el gir parahipocampal dret. Aquest augment, però, és menys marcats en menjadors emocionals/incontrolats.

Aquestes diferències es mantenen quan hom té en compte els efectes de l’estatus puberal, l’assoliment educatiu o l’índex de massa corporal ajustat a edat i sexe.

Pel que fa al gruix cortical, entre els 14 i els 23 anys, hi ha reduccions diferencials segons els grups alimentaris en nou regions cerebrals: el gir lingual esquerra, el pol frontal bilateral, el gir frontal mitjà rostral bilateral, el pericalcarí esquerre, el cuneus esquerre, el gir frontal mitjà caudal dret i el gir cingulat anterior caudal dret. Les reduccions en aquestes regions són menys marcades en els menjadors emocionals/incontrolats.

Pel que fa a la profunditat de solc, els menjadors emocionals/incontrolats mostren reduccions més grans que els menjadors saludables en nou regions cerebrals: el gir frontal mitjà rostral bilateral, el pol frontal esquerre, el gir frontal superior bilateral, el gir frontal mitjà caudal dret, la pars orbitalis dreta, la pars opercularis dreta i el gir de la pars triagularis dreta.

La mediació de la maduració cerebral en la psicopatologia i els comportaments alimentaris

Mitjançant anàlisis de mediació, Yu et al. investiguen si les diferències cerebrals esmentades expliquen les trajectòries de problemes d’internalització i d’externalització, i els comportaments alimentaris.

En el cas dels menjadors restrictius, sembla que la trajectòria ascendent de problemes d’internalització és mitjançada per reduccions menys pronunciades del volum de matèria grisa del cerebel esquerre.

En el cas de menjadors emocionals/incontrolats, la trajectòria ascendent de problemes d’internalització és mitjançada per canvis en el volum de matèria grisa i el gruix cortical.

Això indicaria que l’alteració en el neurodesenvolupament contribuiria als símptomes de trastorns de la conducta alimentària, en part a través dels efectes de problemes d’internalització i d’externalització.

La interacció entre factors genètics, de maduració cerebral, de psicopatologia i de comportament alimentari

Les reduccions inferiors en el volum de matèria grisa que s’observen en menjadors no-saludables expliquen els efectes de la puntuació poligènica de predisposició a un IMC elevat a l’edat de 23 anys. Particularment rellevant sembla la maduració del cerebel pel que fa al control de la massa corporal i de l’alimentació restrictiva, mentre que la maduració del còrtex cerebral i del putament seria rellevant en els problemes de comportament de menjadors emocional/incontrolats.

La bibliografia indica que el cerebel juga un paper en la regulació dels comportaments alimentaris i el control de l’apetit. Els menjadors no-saludables no disposarien d’un desenvolupament normal de la xarxa de sacietat associada amb el cerebel.

El putament dret i la regió prefrontals juguen un paper en els circuits de recompensa. Una maduració insuficient d’aquestes regions afavoreix una alimentació emocional/incontrolada.

Yu et al. recorden també que la bibliografia indica que la maduració cerebral pot patir a conseqüències d’estressos ambientals com un ambient social advers. La cohort IMAGEN indica que els problemes d’ajustament social poden influir en la maduració cerebral més enllà de les predisposicions genètiques.

Yu et al. recorden que la cohort IMAGEN és exclusivament europea, de manera que la recerca hauria d’incorporar també altres grups humans. D’altra banda caldria quantificar els comportaments alimentaris en tota la seva complexitat i variació, que no és recollida del tot per les puntuacions utilitzades fins ara. Pel que fa a la neuroimatge, seria bo d’analitzar les variacions en les diferents àrees corticals.

Lligams:

- Relationships of eating behaviors with psychopathology, brain maturation and genetic risk for obesity in an adolescent cohort study. Xinyang Yu, Zuo Zhang, Moritz Herle, Tobias Banaschewski, Gareth J. Barker, Arun L. W. Bokde, Herta Flor, Antoine Grigis, Hugh Garavan, Penny Gowland, Andreas Heinz, Rüdiger Brühl, Jean-Luc Martinot, Marie-Laure Paillère Martinot, Eric Artiges, Frauke Nees, Dimitri Papadopoulos Orfanos, Hervé Lemaître, Tomáš Paus, Luise Poustka, Sarah Hohmann, Nathalie Holz, Christian Bäuchl, Michael N. Smolka, on behalf of the IMAGEN consortium. Nature Mental Health 3: 58-70 (2025)

- The IMAGEN Research project.