diumenge, 31 d’octubre de 2021

Dades de Juno indiquen que la fondària de la Gran Taca Vermella de Júpiter no depassa els 500 km

Ciències atmosfèriques: La Gran Taca Vermella de Júpiter és el vòrtex atmosfèric més gran del Sistema Solar. La qüestió de la seva antiguitat és tema de debat. Els astrònoms l’estudien des del 1879, i en aquella època establiren el 1831 com la data de la primera observació. Sembla que la gran taca identificada per Robert Hooke el maig del 1664 hauria estat un altre vòrtex, que potser s’hauria dissipat després del 1713. Però si no sabem exactament quina és l’antiguitat de la Gran Taca Vermella, també és matèria de debat quina és la seva fondària. Els investigadors de la missió de la NASA Juno, en òrbita de Júpiter des de juliol del 2016, en un article a Science consideren que la Gran Taca abastaria l’atmosfera superior de Júpiter, amb un gruix inferior als 500 km, una xifra relativament petita si la comparem amb la seva amplada de 16.350 km. Per fer aquesta estimació, Marzia Parisi et al. han examinat les dades camp gravitatori de Júpiter en la Gran Taca Vermella acumulades en 12 aproximacions de Juno al planeta, i en especial les dues aproximacions a aquesta estructura. La Gran Taca Vermella provoca anomalies localitzades de densitat que provocaren un desplaçament en la velocitat de Juno.

Geometria de les observacions gravitatòries de Juno. El fons de la imatge fou processat per Kevin M. Gill en el marc del projecte de ciència ciutadana de la JunoCam, mentre que Nimrod Gavriel ajudà en el disseny gràfic.

La tempesta anticiclònica més gran del Sistema Solar

Marzia Parisi, investigadora del NASA Jet Propulsion Laboratory, dirigí l’anàlisi de dades i la interpretació de les dades gravitatòries. Parisi, juntament amb Yohai Kaspi i Eli Galanti (de l’Institut Weizmann de Ciència, d’Israel) i Eli Galanti redactaren l’esborrany de l’article. Kaspi havia proposat el concepte d’aquest estudi i ajudat en la interpretació dels resultats. Galanti realitzà l’anàlisi de vent termal. Galanti i Daniele Durante realitzaren els càlculs Slepian. Dustin R. Buccino, William M. Folkner i Kamal Oudrhiri ajudaren en la recol·lecció, processament i anàlisi de dades. Leigh N. Fletcher, Tristan Guillot, Ravit Helled, Luciano Iess i Cheng Li ajudaren en la interpretació de resultats. Michael H. Wong aportà les observacions del Telescopi Hubble i determinà el perfil de velocitat de la Gran Taca Vermella.

La recerca duta a terme en el Jet Propulsion Laboratory, on treballen Parisi, Stephen M. Levin, Buccino, Folkner i Oudrhri, es féu sota contracte de la NASA. La realitzada en l’Institut Weizmann (per Kaspi i Galanti) comptà amb el suport de l’Agència Espacial d’Israel i del Centre Helen Kimmel. Altres fonts de finançament provingueren de l’Agència Italiana de l’Espai, del Centre National d’Etudes Spatiales i de programes europeus.

Els autors tenen paraules d’agraïment per a David J. Stevenson, Andrew P. Ingersol, i pels grups de treball d’interiors i d’atmosfera de la Juno.

La Gran Taca Vermella és una tempesta anticiclònica de Júpiter, que en la dimensió més llarga, en sentit est-oest, fa 16.000 km, la qual cosa la converteix en el vòrtex més gran del Sistema Solar. Però també es caracteritza per la seva persistència, que observacions astronòmiques de la Terra constaten des de fa 190 anys com a mínim. Hom ha atribuït la seva persistència a un arrelament comparable al de les bandes latitudinals que marquen l’aspecte del planeta, però també alternativament podria tractar-se d’un sistema menys profund. Com que la gravimetria respon a pertorbacions de densitat del planeta, es poden fer servir les mesures preses des de sondes orbitals per estudiar les capes més profundes i invisibles de l’atmosfera.

Les dades més valuoses són les obtingudes per la sonda Juno el febrer i el juliol del 2019, quan en totes dues ocasions la nau sobrevolà la Gran Taca Vermella a altituds inferiors als 20.000 km. Aquestes i altres aproximacions serviren per mesurar el camp gravitacional local. Les dades del radiòmetre de microones (MWR) indicarien que la Gran Taca Vermella s’estén en l’interior atmosfèric fins al nivell on la pressió atmosfèrica puja a 10 MPa. Això va més enllà del límit dels núvols, que és d’una pressió atmosfèrica de 70 kPa.

Les mesures de gravetat de la Juno ja havien mostrat prèviament que el camp gravitatori de Júpiter és hemisfèricament asimètric com a resultat de l’acció dels potents vents zonals. Aquests corrents arriben a fondàries de 3.000 km.

Determinar el camp gravitatori de Júpiter dependent de la longitud podria ajudar a determinar la fondària de la Gran Taca Vermella. Però les dades gravitatòries també podrien ser tractades per un mètode slepià, és a dir definint-ne les funcions com a combinacions lineals d’harmònics esfèrics.

Les observacions de la Juno

L’òrbita de la Juno és quasi-polar i altament excèntrica. Cada 53 dies es produeix un perijovi, en el decurs de la qual la nau passa a 3.500 km per damunt del cim dels núvols del planeta gasós. Llavors, durant un parell d’hores, la Juno creua de nord a sud les diferents bandes horitzontals característiques del planeta. A cada òrbita, hi ha un desplaçament d’1° del latitud del perijovi. La Gran Taca Vermella se situa a una latitud de 20°S, i Parisi et al. l’analitzen a través dels perijovis 1, 3, 6, 8, 10, 11, 14, 15, 17, 18 i 21. La Deep Space Network de la NASA obtenia mesures Doppler de la Juno en la banda de raigs X de 8 GHz i 32 GHz.

Parisi et al. combinen les mesures gravitatòries de Juno amb un filtre multiarc de quadrats mínims. El temps d’integració que hi apliquen és de 30 segons.

En els perijovis 18 i 21, la Juno s’acostà força a la Gran Taca Vermella. Eliminant l’efecte zonal sobre el camp gravitatori, es constaten senyals no-negligibles que podrien atribuir-se en part a l’acció de la Gran Taca Vermella:

Els residus del perijovi 18 mostren desviacions del valor mitjà uns 10 minuts abans de l’aproximació màxima a la superfície dels núvols, quan la Juno creuava la latitud de 30°N. Com que llavors la Juno era a uns 100.000 km de la Gran Taca Vermella, Parisi et al. assumeixen que aquestes fluctuacions no es relacionarien amb la Gran Taca Vermella.

Seria diferent amb el perijovi 21. S’hi detectat un desplaçament de l’ordre de 5 μm·s-1 que duraria 1,5 hores després de l’aproximació màxima. Aquest desplaçament es correspondria al pas per damunt d’una concentració de massa associada a la Gran Taca Vermella.

Les dades gravitatòries de la Juno es poden combinar amb les observacions astronòmiques de la morfologia de la Gran Taca Vermella, que en les darreres dècades ha tendit a una reducció en la dimensió longitudinal i a fer-se menys ovalada. A més, el programa d’observació del Telescopi Hubble ofereix dades òptiques de les quals derivar les velocitats de vents horitzontals de la Gran Taca Vermella, que en l’anell de major velocitat arribaven a 106±11 m·s-1 durant el perijovi 21.

Gràfics de gravetat i densitat de la Gran Taca Vermella en relació a la profunditat, latitud i longitud.

Segons Parisi et al., la Gran Taca Vermella seria un objecte molt més somer que les bandes zonals o, dit d’una altra manera, suraria damunt d’elles. Aquestes bandes zonals tenen fondàries de 3000 km. De tota manera, la Gran Taca Vermella no es limita a la capa superficial de l’atmosfera, i s’enfonsa més enllà del límit de condensació de l’aigua (a uns 80 km de fondària). Júpiter té un radi de 71.492 km, de manera que si el gruix de la Gran Taca Vermella fos de 360 km, això no suposaria més que un 0,5% de fondària. Alhora la relació entre l’àrea de la Gran Taca Vermella és la seva fondària és de 1/200: és un vòrtex molt més pla que els ciclons i anticiclons de la Terra, on aquest quocient va de 1/100 a 1/20. La dinàmica atmosfèrica de Júpiter, és clar, és força diferent a la de la Terra. La fina troposfera del nostre planeta contrasta amb les enormes dimensions de l’atmosfera joviana.

Lligams:

- The depth of Jupiter’s Great Red Spot constrained by Juno gravity overflights. Marzia Parisi, Yohai Kaspi, Eli Galanti, Daniele Durante, Scott J. Bolton, Steven M. Levin, Dustin R. Buccino, Leigh N. Fletcher, William M. Folkner, Tristan Guillot, Ravit Helled, Luciano Iess, Kamal Oudrhiriand, Michael H. Wong. Science (2021)

- Pàgina web de la Missió Juno a la web de la NASA.

- Dades gravitatòries de Juno al NASA Planetary Data System.

dimecres, 20 d’octubre de 2021

La presència vikinga a Terranova en l’any 1021 d.C.

Cronologia: La setmana passada era 12 d’octubre i tornaven a repetir-se els debats sobre el significat del primer viatge transatlàntic de Cristòfol Colom. Durant molt de temps, especialment en relació al quart (1892) i cinquè (1992) centenaris es parlà del “Descobriment d’Amèrica”. Tanmateix, allò que Colom cercava era una ruta occidental cap a Àsia, i coetanis de Colom creien que altres europeus havien explorat aquella ruta. Amb el temps, però, aquests viatges transatlàntics precolombins foren tinguts per meres llegendes, i “l’aïllacionisme” s’imposà. Tan sols s’obrí una escletxa sobre la possibilitat de l’establiment de vikings a Amèrica, en vincular la Vinlàndia de les sagues a l’actual Terranova. Fins que hom no trobà evidències arqueològiques d’aquesta presència a Terranova al jaciment de l’Anse aux Meadows en els anys 1960, no fou acceptada plenament l’exploració transatlàntica dels vikings. Margot Kuitems, de la Rijksuniversiteit Groningen, és la primera autora d’un article que apareix avui a la revista Nature en el que daten la presència vikinga a l’Anse aux Meadows en l’any 1021 d.C., és a dir just fa 1000 anys. Per aconseguir aquesta fina datació, Kuitems et al. es basen en l’augment de la concentració atmosfèrica de carboni-14 com a conseqüència d’una pujada de la radiació còsmica en l’any 993 d.C. La presència de vikings a Terranova en aquells anys suposava efectivament que la humanitat havia completat l’encerclament del globus terraqüi.

Restes d’uns dels edificis del jaciment viking de l’Anse aux Meadows

Els viatges transatlàntics dels vikings

Aquesta recerca fou concebuda per Michael W. Dee, del Centre de Recerca d’Isòtops de la Universitat de Groningen. Dee dirigí la recerca i és co-autor de l’estudi. Kuitems contribuí al disseny de la recerca, la conduí en gran part i és co-autora de l’article. Birgitta L. Wallace els assessorà en arqueologia i en sagues. Charles Lindsey els assessorà en arqueologia. Andrea Scifo conduí les anàlisis xi-quadrat. Petra Doeve assessorà en anatomia dels anells d’arbres, base de la dendrocronologia. Kevin Jenkins recollí mostres. Susanne Lindauer va fer la preparació de mostres a Mannheim, i Pınar Erdil a Groningen. Paul M. Ledger i Véronique Forbes assessoraren en arqueologia i paleoecologia. Caroline Vermeeren analitzà taxonòmicament la fusta. Ronny Friedrich supervisà les anàlisis d’espectrometria de masses d’acceleració a Mannheim. Tots aquests investigadors contribuïren al redactat final de l’article, que fou tramès a Nature el 21 de maig. L’article fou acceptat per a publicació el 31 d’agost.

La principal evidència dels viatges transatlàntics dels vikings, és a dir navegants nòrdics, la constitueix el jaciment de L’Anse aux Meadows, a Terranova. Des de fa sis dècades s’hi han realitzat campanyes extensives que han contribuït a un bon coneixement d’aquest assentament i del seu entorn coetani. Tot sembla indicar que l’assentament era una espècie de campament base per accedir a regions situades més al sud.

Els mètodes de datació aplicats fins ara convidaven a data l’assentament nòrdic de L’Anse aux Meadows a final del segle X d.C. Els mètodes utilitzats eren l’anàlisi estilístic de les restes arquitectòniques i d’altres artefactes i la interpretació de sagues islandeses. Cal no sobreestimar aquestes sagues, però, ja que representen la transposició escrita segles després d’una tradició oral de data incerta. El mètode de radiocarboni també s’hi aplicat: les 150 dates que s’han publicat ofereixen un ventall molt ampli, que va de l’any 793 d.C. a l’any 1066 d.C. En aquest sentit, les sagues i l’arqueologia semblen més precises que la radiodatació. Si ens hem de refiar de les sagues, aquesta terra fou denominada Vinlàndia pels vikings, i tan sols fou ocupada durant uns pocs anys.

Esdeveniments de radiació còsmica com a marcadors cronològics absoluts

La novetat de la recerca de Kuitems et al. consisteix en l’ús de fluctuacions en el nivell de radiació còsmica que rep la Terra. Aquestes fluctuacions permeten una precisió d’any exacte. Per fer-ho cal combinar una tècnica d’espectrometria de masses per accelerador d’alta precisió amb el coneixement del registre atmosfèric dels nivells de radiocarboni (14C).

Els anells d’arbres ben datats indiquen que la producció atmosfèrica de 14C fluctua d’any en any habitualment menys d’un 0,2%. Però hi ha excepcions a aquesta norma. L’any 775 d.C. hi hagué un augment de carboni-14 de l’ordre de l’1,2%, i en l’any 993 d.C. un del 0,9%. Conèixer fluctuacions d’aquesta mida és bàsic, ja que afecten a l’escala de datació per radiocarboni. Per exemple, el pic de producció de carboni-14 de l’any 993 equival a una reducció de la datació per radiocarboni equivalent a 70 anys.

Els esdeveniments del 775 i del 993 apareixen de manera sincrònica en registres dendrocronològics de tot el planeta. Obeeixen, doncs, a un fenomen global, atribuïble a un esdeveniment de radiació còsmica.

Per aplicar aquest coneixement, és necessari disposar de mostres de fusta. Si el límit de l’escorça és present en la mostra, serà possible datar l’any (i l’estació) de caiguda de l’arbre encara que l’anell corresponent a l’any 993 sigui anterior.

127 mesures de carboni-14

Kuitems et al. presenten en el seu article 127 mesures de carboni-14. La majoria, unes 115, foren realitzades en el Centre de Recerca d’Isòtops de Groningen, i la resta (12) en el Centre Curt Engelhorn d’Arqueometria (CEZA) de Mannheim.

Les mostres analitzades foren 4 peces de fusta (4A 59 E3-1, 4 A 68 E2-2, 4 A 68 J4-6 i 4A 70 B5-14). En total aquestes peces contenen 83 anells individuals. La peça 4A 70 B5-14, de nou anells, no conté cap anell corresponent a l’any 993 d.C., i per tant no s’ha pogut fer servir en l’estudi. Les altres tres peces correspondrien a tres arbres diferents, d’un mínim de dues espècies diferents, un avet (potser Abies balsamea) i un ginebró (dels gèneres Juniperus o Thuja). En els tres casos es podia identificar la vora més jove.

Les peces de fusta incloses en l’estudi porten totes marques d’associació amb el jaciment nòrdic, per localització horitzontal i vertical, i per la presència de talls nets i d’angle agut que correspondria a una manipulació per eines de metall. Cal pensar que en el context de la Terranova de l’època les poblacions autòctones no fabricaven aquesta mena d’eines.

Els resultats individuals de carboni-14 indiquen una consistència interna corresponent a una precisió de 12 anys. Amb un 95% de probabilitat, la vora jove de les tres peces incloses en l’estudi s’hauria generat entre el 1019 i el 1024. L’anomalia del 993 s’hauria produït entre 26 i 31 anys abans dels talls de les peces. En conseqüència, cal analitzar els anells de -31 a -26 de cada peça per veure si es corresponen a l’anomalia del 993.

L’anàlisi de xi-quadrat indica que l’any 1021 és el més probable per a la caiguda dels tres arbres. La caiguda de l’arbre corresponent a la peça 4A 68 J4-6 s’hauria produït a la primavera. La caiguda de l’arbre corresponent a la peça 4A 68 E2-2 s’hauria produït a l’estiu o a la tardor.

L’any 1021

El resultat de Kuitems et al. constitueix la única datació segura per a la presència d’europeus a l’altra banda de l’Atlàntic abans dels viatges de Colom. És simptomàtic que tres peces assenyalin cap a aquest any (o els anys directament anteriors i posteriors): la presència nòrdica a L’Anse aux Meadows fou relativament efímera.

D’altra banda, les sagues islandeses deixen entendre que els nòrdics de Vinlàndia entraren en contacte directe amb els grups indígenes d’aquella terra. Però si aquest contacte hagués estat prou important, això s’hauria d’haver traduït en un bescanvi en termes de microbioma (incloent-hi patògens), de flora, de fauna i de genètica humana. Els estudis paleogenètics sobre la població nòrdica de Groenlàndia, però, no indiquen una influència genètica de les poblacions indígenes nord-americanes.

Mentre hom no trobi dades més consistents, la presència vikinga a Amèrica del Nord serà considerada un fet, sí, però un fet anecdòtic.

Lligams:

- Evidence for European presence in the Americas in AD 1021. Margot Kuitems, Birgitta L. Wallace, Charles Lindsay, Andrea Scifo, Petra Doeve, Kevin Jenkins, Susanne Lindauer, Pınar Erdil, Paul M. Ledger, Véronique Forbes, Caroline Vermeeren, Ronny Friedrich & Michael W. Dee. Nature (2021).

- L'Anse aux Meadows National Historic Site.

- Centre for Isotope Research (CIO Groningen).

dilluns, 18 d’octubre de 2021

Els nivells plasmàtics i cerebrospinals de GFAP com a marcador d’Alzheimer

Bioquímica clínica: Entre els marcadors de la malaltia d’Alzheimer s’ha postulat l’ús de la proteïna acídica fibril·lar glial (GFAP). Aquesta proteïna és expressada per cèl·lules de la glia, el teixit de suport de les neurones, i es troba augmentada arran de l’astrogliosi reactiva que acompanya l’Alzheimer. Els nivells de GFAP augmenten tant en el líquid cefalorraquidi (o fluid cerebrospinal) com en la sang. En el marc de l’estudi TRIAD (Translational Biomarkers in Aging and Dementia), de l’estudi Alfa (Alzheimer i Famílies) i la cohort Lariboisière de Paris de BioCogBank, un grup d’investigadors han avaluat els nivells plasmàtics de GFAP en tot el continu de l’Alzheimer, des de les formes pre-clíniques a la demència. En un article a JAMA Neurology exposen els resultats obtinguts en un estudi observacional i transversal realitzat en tres centres des del 29 de juliol del 2014 fins el 31 de gener del 2020. Mentre que a TRIAD hom tenia en compte tot el continu de la malaltia d’Alzheimer i l’ALFA+ tots els individus preclínics, la cohort de l’Hospital Lariboisière incloïa únicament casos simptomàtics. Els nivells de GFAP es mesuraven en plasma i en fluid cerebrospinal amb un assaig Simoa. També s’inclouen mesures dels nivells cerebrospinal del β-amiloide 42/40 (Aβ42/40), de la proteïna tau 181 fosforilada (p-tau181), del neurofilament lleuger (NfL), de la YKL40 i de l’sTREM2, així com valors plasmàtics de p-tau181 i NfL. En TRIAD i ALFA+ es feien mesures d’amiloide a través de tomografia d’emissió de positrons (PET), i en TRIAD, a més, de tau PET. Les dades incloses en l’estudi publicat ara són les 300 participants de TRIAD, 384 d’ALFA+ i 187 de Lariboisière. Els nivells plasmàtics de GFAP eren significativament superiors en individus amb trets preclínics d’Alzheimer en comparació amb els individus negatius per a Aβ. Encara superior eren els nivells entre els individus en estadis simptomàtics d’Alzheimer. La conclusió més rellevant era que els nivells plasmàtics de GFAP reflectien millor la situació en l’espectre d’Alzheimer que no pas els nivells cerebrospinals de GFAP. Els nivells plasmàtics de GFAP s’associen positivament amb la patologia tau únicament en individus que també tenen una patologia Aβ.

Microfotografia de fluorescència d’un astròcit humà feta per Gerry Shaw en el 2013. La cèl·lula apareix tenyida amb un marcador anti-GFAP de color vermell, un marcador anti-vimentina de color verd i un marcador d’ADN (DAPI) de color blau

La GFAP plasmàtica com a marcador d’Alzheimer

Els autors corresponsals de l’estudi són Kaj Blennow, del Departament de Psiquiatria i Neuroquímica de la Universitat de Goteborg i Marc Suárez-Calvet, del Centre de Recerca del Cervell Barcelonaβeta.

La recerca té lloc en el marc del desenvolupament de biomarcadors acurats per a la detecció primerenca de la malaltia d’Alzheimer. En aquest sentit, hom confia en biomarcadors sanguinis com les espècies fosforilades de proteïna tau (p-tau) i la ratio Aβ42/40. La malaltia d’Alzheimer, al capdavall, ha estat descrita com una neuroproteïnopatia, en la qual la proteïna amiloide i la proteïna tau tenen especial rellevància com a components de les lesions neurològiques associades a la demència. Paral·lelament, en la patologia de l’Alzheimer es produeix un procés d’astrogliosi reactiva, consistent en alteracions morfològiques, moleculars i funcionals dels astròcits, un dels tipus cel·lulars que integra la neuròglia (la part no-neuronal dels teixits nerviosos). La GFAP, proteïna present en astròcits i altres cèl·lules glials, augmenta en aquest procés, i per això hom ha pensat en fer-la servir també com a biomarcador de l’Alzheimer.

En aquest estudi, Benedet et al. volien de disposar de dades sobre l’evolució dels nivells plasmàtics de GFAP al llarg del continu d’Alzheimer, i comparar-la amb els nivells cerebrospinals.

Dades de tres cohorts

Benedet et al. inclouen en el seu estudis dades procedents de tres cohorts diferents, amb dates que van del 29 de juliol del 2014 al 31 de gener del 2020. La cohort TRIAD inclou 300 individus de Montreal (un 59% eren dones, i l’edat era de 64,6 ± 17,6 anys), que patien diferents nivells d’alteració cognitiva (des de cap alteració fins a demència). La cohort ALFA+, de Barcelona, incloïa 384 persones de mitjana edat sense alteració cognitiva però amb risc elevat d’Alzheimer (un 60,9% eren dones, i l’edat era de 61,1 ± 4,7 anys). La cohort del Centre de Neurologia Cognitiva de Lariboisière, de París, incloïa 166 pacients amb trastorns cognitius i 21 sense trastorns. Els pacients eren categoritzats segons la classificació clínica (sense alteració cognitiva, amb alteració lleu i demència), la classificació PET (si eren o no positius per a Aβ) i altres tècniques. De cada participant es recollí un consentiment informat sobre el protocol de l’estudi.

Les analítiques es van fer en el Laboratori de Neuroquímica Clínica de la Universitat de Goteborg. La valoració de GFAP es feia emprant l’assaig Simoa HD-X de Quanterix.

Les associacions entre variables eren estudiades amb models de regressió linial.

Els resultats obtinguts en la combinació de les tres cohorts

Benedet et al. constaten una associació positiva entre l’edat i els nivells plasmàtics i cerebrospinals de GFAP. Si hom es fixa en les dades de participants sense alteracions cognitives, els nivells plasmàtics de GFAP són superiors en dones que en homes. No han trobat una associació entre els nivells plasmàtics o cerebrospinals de GFAP i el fet d’ésser o no portador de l’apolipoproteïna E ε4.

Els nivells plasmàtics i cerebrospinals de GFAP mostraven una mútua correlació.

Els nivells plasmàtics i cerebrospinals de GFAP augmenten a mesura que hom avança en el continu de l’Alzheimer. Sobta trobar que aquest augment sigui més clar i més gros en els nivells plasmàtics.

Els nivells plasmàtics de GFAP s’associen amb la patologia Aβ i són bons discriminadors de l’estatus Aβ dels participants. L’associació amb la patologia tau només es verifica quan aquest s’acompanya de patologia Aβ.

Els nivells cerebrospinals de GFAP, però no els nivells plasmàtics, mostraven una associació positiva amb altres marcadors cerebrospinals de caràcter glial (sTREM2, YKL40).

L’ús dels nivells plasmàtics de GFAP en triatges massius

Benedet et al. creuen que els nivells plasmàtics de GFAP són un biomarcador de la patologia beta-amiloide més potent que els nivells cerebrospinals de GFAP. És evident que per a un triatge massiu és preferible utilitzar una mostra sanguínia que no pas una de líquid cerebrospinal. A més, és interessant que els nivells plasmàtics de GFAP no augmentin en casos de malalties neurodegeneratives no vinculades a l’Alzheimer, com és la demència frontotemporal (que es caracteritza neurològicament per l’aparició dels cossos de Lewy).

Queda oberta la qüestió de quin és el biomarcador plasmàtic més acuradament associat amb la patologia beta-amiloide: GFAP, Aβ42/40 o p-tau. Potser una combinació d’aquests i altres biomarcadors (NfL) oferiria la millor prestació en triatges sobre població general. Per acabar de respondre aquesta qüestió, Benedet et al. són del parer que caldrien estudis longitudinals (en els que els diferents estadis de la malaltia fossin representats per l’evolució dels mateixos participants).

Lligams:

- Differences Between Plasma and Cerebrospinal Fluid Glial Fibrillary Acidic Protein Levels Across the Alzheimer Disease Continuum. Andréa L. Benedet, Marta Milà-Alomà, Agathe Vrillon, Nicholas J. Ashton, Tharick A. Pascoal, Firoza Lussier, Thomas K. Karikari, Claire Hourregue, Emmanuel Cognat, Julien Dumurgier, Jenna Stevenson, Nesrine Rahmouni, Vanessa Pallen, Nina M. Poltronetti, Gemma Salvadó, Mahnaz Shekari, Gregory Operto, Juan Domingo Gispert, Carolina Minguillon, Karine Fauria, Gwendlyn Kollmorgen, Ivonne Suridjan, Eduardo R. Zimmer, Henrik Zetterberg, José Luis Molinuevo, Claire Paquet, Pedro Rosa-Neto, Kaj Blennow, Marc Suárez-Calvet, for the Translational Biomarkers in Aging and Dementia (TRIAD) study, Alzheimer’s and Families (ALFA) study, and BioCogBank Paris Lariboisière cohort. JAMA Neurology (2021).

- TRIAD (Translational Biomarkers in Aging and Dementia).

- estudi Alfa+ (Alzheimer i Famílies).

dilluns, 11 d’octubre de 2021

Causalitat i treball (Card, Angrist, Imbens; Premi Nobel d'Economia, 2021)

Econometria: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha comunicat la concessió del Premi Sveriges Riksbank en Ciències Econòmiques en Memòria d'Alfred Nobel. El Premi es dividirà en dues meitats. La primera meitat ha estat atorgada a David Card "per les seves contribucions empíriques a l'economia laboral". La segona meitat correspon a Joshua D. Angrist i Guido W. Imbens "per les llurs contribucions metodològiques a l'anàlisi de relacions causals".

David Card

David Edward Card (*Canadà, 1956) es graduà a la Queen's University (1978). Es doctorà en economia a la Universitat de Princeton (1983) amb la tesi "Indexation in long term labor contracts", supervisada per Orley Ashenfelter. Fou professor ajudant d'economia empresarial a la Graduate School of Business de la University of Chicago (1982-1983). El 1983 retornà a Princeton com a professor d'economia, d'on passà en el 1997 a Berkeley. Fou editor associat del Journal of Labor Economics (1988-1992) i co-editor d'Econometrica (1993-1997) i de The American Economic Review (2002-2005).

Joshua D. Angrist

Joshua David Angrist (*Columbus, Ohio, 18.9.1960) cresqué a Pittsburgh (Pennsylvania) i es graduà en economia a l'Oberlin College (1982). Passà a Israel en el 1982, esdevenint-hi ciutadà. El 1985 retornà als Estats Units per estudiar a Princeton, on realitzà un mestratge (1987) i es doctorà (1989) amb una tesi (Econometric Analysis of the Vietnam Era Draft Lottery) supervisada per Orley Ashenfelter. Fou després professor ajudant a la Harvard University (1989-1991) i professor a la Universitat Hebrea de Jerusalem a partir del 1991. El 1996 passà a l'Economics Department del MIT, on ocupa des del 2008 la càtedra Ford d'Economia i imparteix classes d'econometria i economia del treball.

Guido W. Imbens

Guido Wilhelmus Imbens (*Països Baixos, 3.9.1963) va estudiar a la Universitat Erasmiana de Rotterdam i a la Brown University, on es doctorà en economia (1991). S'especialitzà en econometria i passà successivament com a professor per la Harvard University, la University of California Los Angeles i la University of California Berkeley. Des del 2012 és professor d'economia de la Stanford Graduate School of Business. És l'editor d'Econometria per al quatrienni 2019-2023.

Aspectes d'economia del treball

Juntament amb Alan B. Krueger, David Card s'ocupà dels efectes que l'augment del salari mínim a New Jersey podria tindre en l'ocupació en les cadenes de menjar ràpid. Amb data d'1 d'abril del 1992, el salari mínim de NJ passà de 4,25$ a 5,05$. Card i Krueger (1994) examinaren 410 restaurants de menjar ràpid de New Jersey i de l'est de Pennsylvania (aquests darrers servien com a "control") abans i després de la pujada. Contràriament a les assumpcions habituals, Card i Krueger no trobaren cap impacte de la pujada del salari mínim en forma de reducció de llocs de treball. Els dos economistes publicaren en el 1997 "Myth and Measurement", on defensaven aquesta aproximació d'estudi de "la diferència en diferències".

Card ha defensat les mesures empíriques per estudiar els efectes sobre el mercat de treball de variables com la immigració, l'educació/formació o la desigualtat. En aquestes recerques sovint compara la situació dels Estats Units amb la del Canadà.

Anàlisis de les relacions causals.

Les recerques d'econometristes com Joshua Angrist, Guido Imbens, Alan Krueger, Victor Lavy, Parag Pathak o Jorn-Steffen Pischke s'orienten a l'anàlisi de relacions causals en l'economia, amb particular èmfasi sobre l'impacte de polítiques educatives, socials, migratòries, regulatòries, etc., sobre el mercat de treball.

Angrist i Krueger (1991) estudiaren l'efecte de l'educació obligatòria sobre l'assistència a classe, i els nivells ulteriors de renda, a través d'una comparació dels alumnes nascuts a començament de l'any i els nascuts a final. Trobaren, amb dades dels census del 1960 i del 1980, que les lleis d'assistència obligatòria a l'escola fan que un 10% dels qui altrament abandonarien l'ensenyament hi restin (Angrist i Krueger, 1992a). Amb l'ús de dades de la loteria de recrutament de l'època de la guerra del Vietnam, feren una estimació dels rendiments econòmics de l'escolarització (Angrist i Krueger, 1992b). En aquests estudis les estimacions es feien a través de variables instrumentals, i calia tindre cura de possibles biaixos (Angrist i Krueger, 1995). Angrist (1995) aplicà aquesta metodologia a l'estudi dels retorns econòmics de l'educació en els territoris ocupats de Cisjordània i de la Franja de Gaza. Angrist i Lavy (1997) trobaren que al Marroc el canvi de la llengua vehicular de l'ensenyament secundari del francès a l'àrab reduí els retorns de l'educació degut a una caiguda en el nivell del francès escrit.

Una assumpció habitual és que l'educació crea externalitats positives, però anàlisis sobre els Estats Units dugueren a Acemoglu i Angrist (2000) a concloure que no eren estatísticament significatives.

Ja en el segle XII, Maimònides havia sostingut que una classe no havia de superar la ratio de 40 alumnes per mestre, i Angrist i Davy (1999) aplicaren un model de variables instrumentals per veure si això era cert a l'escola pública d'Israel per trobar que la reducció de la mida de la classe era efectiva en quart i cinquè curs, però no en tercer. Angrist i Lavy (2001) mostraren que la formació continuada dels mestres d'escoles seculars d'Israel era un mitjà efectiu en termes de cost per millorar el rendiment acadèmic dels alumnes, mentre que no eren tan optimistes sobre la introducció d'ordinadors a l'aula (Angrist i Lavy, 2002). Amb un assaig aleatoritzat a Israel, Angrist i Lavy (2009) constataren que els incentius monetaris per a l'obtenció del certificat d'estudis secundaris per a alumnes de poc rendiment funcionaven en noies però no en nois. Un resultat semblant a aquest obtingueren en alumnes de primer any de carrera de Canadà (Angrist et al., 2009).

Angrist ha liderat experiments naturals aleatoritzats a Colòmbia sobre el disseny de xecs escolars per a l'ensenyament secundari privat a Colòmbia (Angrist et al., 2002) i n'ha comparat els resultats amb les dades registrals (Angrist et al., 2006).

Les interaccions entre els alumnes també són un factor en el rendiment econòmic, de tal manera que el resultat individual es correlaciona altament amb el resultat grupal, però que s'han d'avaluar amb un disseny adequat (Angrist, 2014). Angrist et al. (2004) estudiaren si el programa d'integració escolar Metco de Boston generava aquest tipus d'efectes i trobaren que, en tot cas, eren modestos i efímers. Abdulkadiroğlu et al. (2014) retornaren a la qüestió analitzant escoles de Boston i New York.

Pel que fa a la introducció de tests als professorat com ara Praxis, Angrist i Guryan (2008) constataren que això als Estats Units no conduïa a una elevació de la qualitat docent, per bé que sí dels salaris dels mestre, però tenia com a contrapartida una davallada de la diversitat dels mestres, amb una caiguda particular de la fracció de mestres hispans.

Sobre les charters schools, Angrist et al. (2010) trobaren que la KIPP Lynn Acadmy millorava les puntuacions de matemàtiques del seu alumnat en 0,35 SD i les de llengua anglesa en 0,12 SD, i que el guany era encara major en alumnat amb necessitats educatives especials i/o amb poca fluïdesa en anglès (Angrist et al., 2012). Abdulkadiroğlu et al. (2011) trobaren a Boston que les charter schools milloraven les puntuacions d'alumnes secundàries, cosa que no s'observava en les pilot schools. L'efectivitat de les charter schools es deuria en part a l'estratègia No Excuses i la rellevància que donen a la disciplina, a l'aprenentatge tradicional i a la contractació selectiva de mestres (Angrist et al., 2013)

En la seva tesi doctoral Angrist emprà la guerra del Vietnam com un experiment quasi-natural sobre l'impacte d'ésser veterà de guerra en els ingressos laborals ulteriors. Angrist (1990) calculà que els veterans del Vietnam tenien uns ingressos un 15% inferiors als dels no-veterans. Els subsidis a veterans corregien només parcialment aquesta situació, en augmentar en 1,4 anys el llur període mitjà d'escolarització i en un 6% el nivell d'ingressos (Angrist, 1993). Angrist i Krueger (1994) desmentiren amb dades la idea que els veterans de la Segona Guerra Mundial tenien més ingressos que els qui no havien participat en la guerra. Pel que fa als veterans que havien servit en els anys 1980 aquests mostraven posteriorment un nivell d'ingressos superior als qui no s'havien enrolat en les forces armades, que s'explicava per unes millors taxes d'ocupació i no per uns millors salaris en feines civils (Angrist, 1998). Angrist i Johnson (2000) estudiaren l'impacte laboral de les separacions familiars en veterans de la Guerra del Golf.

Angrist i Evans (2000) avaluaren l'impacte de les reformes sobre avortament dels anys 1970 en els resultats acadèmics i laborals de la població afro-americana: la reducció en la fecunditat adolescent es traduí en uns millors indicadors escolars i salarials.

Acemoglu i Angrist (2001) estimaren que la American with Disabilities Act del 1990 tingué un fort impacte negatiu inicial sobre els nivells d'ocupació dels discapacitats.

Angrist (2002) estudià la relació entre la sex ratio, trobant que quan aquesta és esbiaixada cap al sexe masculí es produeix un augment de la taxa de nupcialitat de la dona i una reducció de la població femenina activa.

Angrist i Kugler (2003) analitzaren l'efecte de polítiques proteccionistes front la immigració sobre la taxa d'ocupació de la població autòctona, i trobaren que la restricció de la flexibilitat del mercat laboral exacerba paradoxalment la pèrdua de llocs de treball entre els autòctons en favors dels immigrants.

Angrist i Kugler (2008) trobaren que la pujada de preu de la coca estimulava el conflicte civil a Colòmbia a través de les oportunitats financeres que aquesta pujada ocasionava en les àrees de cultiu.

En tota aquesta recerca sobre causes i efectes resulta de gran rellevància disposar d'eines economètriques, particularment d'estimacions de variables instrumentals. Per a models d'oferta laboral, Angrist (1991) desenvolupà un estimador de quadrats mínims de dues etapes (2SLS). Imbens i Angrist (1994) desplegaren el concepte d'efectes de tractament mitjà local i eines per identificar-los i estimar-los. Angrist i Imbens (1995) demostraren com utilitzar el 2SLS en l'estimació d'efectes casuals mitjans en models amb una intensitat de tractament variable. Angrist, Imbens i Donald B. Rubin dissenyaren un marc per la inferència causal en situacions on l'assignació a un tractament binari és ignorable (Angrist et al., 1996). Angrist, Imbens i Krueger proposaren nous estimadors per a models sobreidentificats (Angrist et al., 1999). Amb Kathryn Graddy, Angrist i Imbens aplicaren estimadors de variables instruments en models d'equacions simultanis, aplicables a la demanda de peix (Angrist et al., 2000). Angrist (2001) explorà estratègies simples per a models amb resultats binaris i no-negatius. Amb Alberto Abadie, Angrist i Imbens aplicaren estimacions de variables instrumentals sobre l'impacte de la formació subvencionada sobre els ingressos dels receptors d'aquesta formació (Abadie et al., 2003). Angrist (2004) explorà l'aplicació de mètodes de variables instrumentals en poblacions heterogènies. Angrist et al. (2006) mostrà com emprar la regressió de quantils en covariats discrets. Per Angrist i Pischke (2010) les millores en el disseny de recerca ha estat clau per aportar credibilitat a l'economia empírica.

Lligams:

- Pressmeddelande: Ekonomipriset 2021.

- Pàgina web de David Card a la UC Berkeley.

- Pàgina web de Joshua Angrist a MIT Economics.

- Pàgina de Guido W. Imbens a la Stanford Graduate School of Business.

- Identification and Estimation of Local Average Treatment Effects. Guido W. Imbens, Joshua D. Angrist. Econometrica 62: 467-475 (1994).

- Minimum Wages and Employment: A Case Study of the Fast-Food Industry in New Jersey and Pennsylvania. David Card, Alan B. Krueger. The American Economic Review 84: 772-793 (1994).

- Split-Sample Instrumental Variables Estimates of the Return to Schooling. Joshua D. Angrist, Alan B. Krueger. Journal of Business & Economic Statistics 13: 225-235 (1995).

dissabte, 9 d’octubre de 2021

Un antic sistema deltaic al cràter de Jezero visitat per la NASA Perseverance

Paleohidrologia marciana: Si el cràter Jezero fou triat com a objectiu per a la missió NASA Perseverance fou pel seu aspecte d'antic llac (el mot Jezero vol dir llac en serbocroata). Les imatges des dels satèl·lits artificials marcians indicaven a l'oest del cràter, en connexió amb la Vall del Neretva (un altre referent toponímic serbocroata en terres marcianes), una formació sedimentària en forma de bànol que recordava justament una formació deltaica. Des del febrer del 2021, la NASA Perseverance és en el terreny, i N. Mangold et al. presenten aquesta setmana un article a la revista Science en el qual analitzen imatges preses per aquest ròver en els primers tres mesos de la missió. La missió des del sòl permet accedir a estrats invisibles des de l'òrbita marciana, que indiquen efectivament que es tracta d'una formació deltaica, amb avançament cap al llac de sediments. Si els estrats més profunds s'haurien acumulat en un procés hidrològic gradual, els estrats superiors s'haurien dipositat arran d'inundacions episòdiques puntuals molt més enèrgiques. Així és com queda registrada la transició d'una situació d'activitat hidrològica en un ambient lacustre persistent a una marcada per intensos fluxos fluvials de curta durada.

Mapa del paleollac de Jezero a Mart en temps de la deposició del sediment Kodiak. L'estimació de Mangold et al. de l'abast del llac és inferior a la de Goudge et al. (2015)

Paleohidrologia marciana

Mart és ara un planeta fred i hiperàrid, sense aigua líquida estable en la seva superfície (per raons de temperatura i de pressió atmosfèriques). Però les imatges que satèl·lits i ròvers ens envien indiquen un planeta més càlid i més humit en el passat: hi ha xarxes de valls, bànols sedimentaris, antics llacs fluvials.

En el cràter Jezero trobem dues formacions d'aspecte deltaic, una a l'oest i una altra al nord. Hom suposa que daten de fa 3600-3800 milions d'anys, en la transició entre el Noaquià tardà i l'Hesperià primerenc.

Kodiak

Estratigrafia del turó Kodiak

El turó Kodiak és allò que els geòlegs anomenen un "butte", un turó aïllat amb un cim aplanat. Es troba a un 1 km al sud del principal dipòsit deltaic. Mangold et al. el consideren un romanent d'un dipòsit abans més extens. Processos erosius haurien aïllat Kodiak. L'erosió, d'altra banda, permet fer una estratigrafia dels sediments que integren Kodiak. En total s'hi distingeixen cinc cossos estratigràfics de baix a dalt:
- k1 té un gruix de 17 metres i una extensió horitzontal de 70. Es tractaria d'un gres amb còdols escampats.
- k2 té un gruix de 3 metres.
- k3 té un gruix de 13 metres. La part de baix consistiria en gres o fangolita, amb còdols o blocs aïllats (els més grans dels quals fan 40 cm de diàmetre).
- k4 té un gruix de 10 metres.
- k5 trunca erosivament k4. Consisteix en conglomerats desordenats, amb blocs que fan fins a 1,5 metres de llargada.

Les unitats k1-k4 rpresentaria una deposició deltaica en pendent, amb formació de dunes. La presència de còdols i blocs en aquestes unitats descartaria que fossin dunes merament eòliques. Tot sembla indicar que es formaren en el context d'un delta lacustre, exposat a nivells fluctuants d'aigua.

En l'època de formació de Kodiak, el cràter Jezero contenia un llac tancat i amb una tendència secular a davallar de nivell.

El delta occidental de Jezero

El límit escarpat de l'antic delta occidental de Jezero

Les imatges de NASA Perseveran del front erosiu de la cara sud-oriental de l'antic delta occidental de Jezero indiquen tres cossos sedimentaris:
- a1: presenta un gruix de 7 metres, integrat per estrats tabulars de 10-30 cm de gruix cadascun
- a2: té un gruix que va d'1 metre en la zona nord a 9 metres en la zona sud. Consisteix en conglomerats desordenats de còdols i blocs.
- a3: té un gruix de fins a 10 metres. Conté còdols i blocs més fins que a2.

L'evolució hidrològica de Jezero

El llac marcià del cràter Jezero era un sistema tancat, sense sortides, però amb entrades. En aquestes entrades s'hi formaven dipòsits deltaics. El nivell d'aigua fluctuà durant tot el període, però cap al final aquestes fluctuacions es feren més notables. Al final del període la vida del llac era marcada per episodis d'inundació d'intensitat variable, que queden representats per les unitats a2 i k5. El cabal transportat per Neretva Vallis durant aquestes inundacions anava de 70 a 3.000 metres cúbics per segon. Quines eren les causes d'aquestes inundacions? Mangold et al. postulen pluges intenses, episodis de fosa de neu (arran d'escalfaments vulcànics o per impacte d'asteroides, etc.) o descàrregues procedents de glaceres.

Lligams:

- Perseverance rover reveals an ancient delta-lake system and flood deposits at Jezero crater, Mars. N. Mangold, S. Gupta, O. Gasnault, G. Dromart, J. D. Tarnas, S. F. Sholes, B. Horgan, C. Quantin-Nataf, A. J. Brown, S. Le Mouélic, R. A. Yingst, J. F. Bell, O. Beyssac, T. Bosak, F. Calef III, B. L. Ehlmann, K. A. Farley, J. P. Grotzinger, K. Hickman-Lewis, S. Holm-Alwmark, L. C. Kah, J. Martinez-Frias, S. M. McLennan, S. Maurice, J. I. Nuñez, A. M. Ollila, P. Pilleri, J. W. Rice Jr, M. Rice, J. I. Simon, D. L. Shuster, K. M. Stack, V. Z. Sun, A. H. Treiman, B. P. Weiss, R. C. Wiens, A. J. Williams, N. R. Williams, K. H. Williford. Science (2021)

- NASA’s Perseverance Sheds More Light on Jezero Crater’s Watery Past, comunicat de premsa de la NASA

- Pàgina web de MARS 2020 Mission, en el marc de la qual s'hi troba el rover Perseverance.

dimecres, 6 d’octubre de 2021

L'organocatàlisi asimètrica (List, MacMillan; Premi Nobel de Química, 2021)

Química orgànica: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Química d'enguany a Benjamin List i a David W. C. MacMillan "pel desenvolupament de l'organocatàlisi asimètrica".

Benjamin List

Benjamin List (*Frankfurt am Main, 11.1.1968) es graduà en química a la Universitat Lliure de Berlin. Sota la supervisió de Johann Mulzer realitzà la tesi doctoral a la Universitat Goethe de Frankfurt sobre la síntesi d'una semicorrina de vitamina B-12, que defensà reeixidament el 1997.

La cianocobalamina o vitamina B-12 és un cofactor de la síntesi d'ADN. El cobalt (Co) ocupa el centre d'una corrina. La tesi doctoral de List tractà de l'obtenció de vitamina B-12 en una semicorrina per comptes d'una corrina.

List fou investigador postdoctoral al Department of Molecular Biology del Scripps Research Institute, a La Jolla (California) entre el 1997 i el 1998. Entre el 1999 i el 2003 fou professor ajudant del Scripps. En el 2003 tornà a Alemanya per esdevindre líder del grup de recerca en catàlisi homogènia de l'Institut Max Planck de Recerca del Carbó. Compagina actualment aquest càrrec amb el de professor honorari de química orgànica de la Universitat de Colònia i el d'investigador principal de l'Institut de Disseny i Descoberta de Reacció Química de la Universitat de Hokkaido. És també l'editor en cap de la revista Synlett.

David W. C. MacMillan

David William Cross MacMillan (*Bellshill, 16.3.1968) es graduà en química a la University of Glasgow. El 1990, sota la supervisió de Larry Overman, inicià la tesi doctoral a la University of California at Irvine sobre una nova metodologia de síntesi estereocontrolada de tetrahidrofurans bicíclics, que defensà reeixidament el 1996. Per aconseguir aquesta síntesi fou clau l'aïllament de l'eunicel·lina, un diterpenoïd del corall tou Eunicella stricta.

MacMillan realitzà un postdoctorat al grup de David Evans de la Harvard University, on treballà en el disseny i desenvolupament de complexos de bisoxazolina derivats d'estany (Sn(II)box). El juliol del 1998 instal·là el seu laboratori a la Facultat de Química de la University of California at Berkeley, i el 2000 passà al Departament de Química de Caltech. El setembre del 2006 traslladà el seu laboratori de catàlisi enantioselectiva a Princeton. En el 2010 fou l'editor en cap fundador de Chemical Science, la revista de química genral de la Royal Society of Chemistry.

L'organocatàlisi asimètrica

El carboni central dels aminoàcids és un carboni quiral en el sentit que, d'acord amb la disposició dels quatre substituents, hom pot tindre dues versions de molècula que difereixen com la mà dreta de la mà esquerra. La síntesi química dóna lloc a una barreja ("barreja racèmica") dels dos isòmers (D-aminoàcid i L-aminoàcid), mentre que la síntesi biològica prefereix habitualment els L-aminoàcids. Els isòmers oposats o enantiòmers comparteixen les mateixes característiques químiques, però difereixen en les propietats òptiques.

La catàlisi és l'acceleració de la velocitat d'una reacció química. Quan l'agent catalitzador és una molècula orgànica hom parla d'organocatàlisi. En certa manera, podríem dir que els enzims biològics són catalitzadors orgànics, però el terme se sol reservar per a molècules orgàniques més senzilles. La simplicitat estructurals dels organocatalitzadors en comparació dels enzims fa que normalment, a diferència d'aquests, no discrimin entre els isòmers d'una mateixa substància orgànica. No obstant, l'organocatàlisi asimètrica sí ho pot fer. Els isòmers d'una mateixa substància orgànica comparteixen els mateixos grups funcionals però amb orientacions diferents de quiralitat. En conseqüència, organocatalitzadors quirals poden servir per suplir el rol d'enzims en reaccions químiques on té rellevància la quiralitat.

Ja des del seu període predoctoral, tant List com McMillan, en grups diferents, es dedicaren a l'organocatàlisi asimètrica o catàlisi enantioselectiva.

El grup de recerca de MacMillan ha fet notables contribucions en l'organocatàlisi asimètrica, que s'ha traduït en nous mètodes per la síntesi enantioselctiva d'un ample rang de productes naturals. En el 2000 aconseguiren la primera reacció de Diels-Alder sota organocatàlisi altament enantio selectiva (Ahrendt et al., 2000). En el mateix any aconseguiren la primera cicloaddició 1,3-dipolar amb organocatàlisi enantioselectiva (Jen et al., 2000).

Reacció de Diels-Alder

El grup de recerca de List treballà la catàlisi asimètrica per prolina de reaccions aldòliques (List et al., 2000). Mayer i List (2006) demostraren que la catàlisi enantioselectiva era possible fins i tot quan la quiralitat residia exclusivament en el contranió del catalitzador.

Una sal integrada per un catió amoni aquiral i un contranió fosfat quiral és capaç d catalitzar la transferència asimètrica d'hidrogenacions d'aldehids, com demostraren Sonja Mayer i Benjamin List en el 2006

Ilija i Benjamin (2012) aconseguiren catalitzar una espiroacetalització asimètrica amb àcids Brønsted confinats. Aquest confinament en motius imidofosforimidats també serví al grup de Benjamin en la consecució organocatalitzadors altament actius i altament enantioselectius per a l'al·lilació d'aldehids (Kaib et al., 2016) o per a la protonació d'alquens (Tsuji et al. 2018).

Les dues primeres dècades del segle XXI han estat ben fructíferes per a l'organocatàlisi enantioselectiva, tant per les aportacions dels grups de List i de MacMillan com d'altres equips. Alguns conceptes ja han pogut traslladar-se a processos industrials, particularment en la indústria farmacèutica.

Lligams:

- Pressmeddelande: Nobelpriset i kemi 2021.

- Pàgina de Benjamin List al Max-Planck-Institut für Kohlenforschung.

- Pàgina de The MacMillan Group a Princeton

- Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions. B. List, R. A. Lerner, C. F. Barbas. Journal of the American Chemical Society 122: 2396-2396 (2000).

- New Strategies for Organic Catalysis:  The First Highly Enantioselective Organocatalytic Diels−Alder Reaction. K. A. Ahrendt, C. J. Borths, D. W. C. MacMillan. Journal of the American Chemical Society 122: 4243-4244 (2000).

- New Strategies for Organic Catalysis:  The First Enantioselective Organocatalytic 1,3-Dipolar Cycloaddition. W. S. Jen, J. J. M. Wiener, D. W. C. MacMillan. Journal of the American Chemical Society 122: 9874-9875 (2000).

- Asymmetric Counteranion-Directed Catalysis. S. Mayer, B. List. Angewandte Chemie International Edition 45: 4193-4195 (2006).

dimarts, 5 d’octubre de 2021

Dinàmica de sistemes complexos (Manabe, Hasselmann, Parisi; Premi Nobel de Física 2021)

Física de sistemes: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Física de l'edició d'enguany. El divideix en dues meitats. La primera meitat és compartida per Syukuro Manabe i Klaus Hasselmann "per la modelació física del clima de la Terra, amb la quantificació de la seua variabilitat i amb una predicció fiable de l'escalfament global". L'altra meitat recau en Giorgio Parisi "per la descoberta del joc entre desordre i fluctuacions en sistemes físics, des de l'escala atòmica a la planetària".

Syukuro Manabe

真鍋 淑郎 (*Ehime, 21.9.1931) es doctorà a la Universitat de Tòkio (1958). Passà seguidament a treballar per a la General Circulation Research Section del U.S. Weather Bureau, on desenvolupà la seva carrera professional fins el 1997. El 1997 tornà a Japó per encapçalar, fins el 2001, la Divisió de Recerca en Escalfament Climàtic del Sistema de Recerca de Canvi Global. El 2002 retornà als Estats Units per col·laborar en el Program in Atmospheric and Oceanic Science de Princeton University, de la qual és el meteoròleg degà.

Klaus Hasselmann

Klaus Hasselmann (*Hamburg, 25.10.1931) passà part de la infantesa a Anglaterra, on s'havia exiliat la seva família (el seu pare era militant de l'SPD) arran de l'ascens al poder de Hitler. Després de la guerra, la família tornà a Hamburg, i ell s'hi graduà en física i matemàtica a la Universitat d'aquesta ciutat. La seva tesi de diplomatura tractà de la turbulència isotròpica. Es doctorà el 1964 a la Universitat de Götingen i a l'Institut Max Planck de Dinàmica de Fluids. Més endavant fou professor titular de geofísica teòrica a l'Institut de Geofísica de la Universitat d'Hamburg. Fou pioner en la introducció dels diagrames de Feynman en les interaccions no-lineals de camps d'ones marines (Hasselmann, 1966). El febrer del 1975 esdevingué el primer director de l'Institut Max Planck de Meteorologia, amb seu a Hamburg, càrrec que servà fins el 1999. Entre el 1988 i el 1999 també fou el director científic del Deutsches Klimarechenzentrum (DKRZ) d'Hamburg. En el 2001 fundà amb Carlo Jaeger el Fòrum Europeu del Clima.

Giorgio Parisi

Giorgio Parisi (*Roma, 4.8.1948) es graduà La Sapienza en el 1970. S'hi doctorà sota la supervisió de Nicola Cabibbo. El 1971 esdevingué investigador al Laboratori Nazionali di Frascati, realitzant estades a la Columbia University (1973-4), a l'Institut des Hautes Études Scientifiques (1976-7) i a l'École Normale Supérieure (1977-8). Participà en aquesta època en aportacions fonamentals a la cromodinàmica quàntica (Altarelli & Parisi, 1977) i en els vidres de spin (Parisi, 1980). El 1981 esdevingué professor de física teòrica a Tor Vergata, i el 1992 professor de teories quàntiques a la Sapienza. Des del 2018 és president de l'Accademia dei Lincei.

La modelització del clima de la Terra

Manabe et al. (1965) foren pioners en la simulació climatològica d'un model de circulació general amb cicle hidrològic. Manabe i Wetherald (1967) desenvoluparen un model de columna atmosfèrica en equilibri radiatiu-convectiu que considerava l'efecte de retroalimentació positiva del vapor d'aigua. Aquest model mostrava com un augment de la concentració atmosfèrica de diòxid de carboni (CO2) comportava un augment de temperatura en la troposfera i una disminució de la temperatura de l'estratosfera. Manabe i Bryan (1969) combinaren un model atmosfèric amb un model oceànic per fer-hi càlculs climàtics. Manabe i Wetherald (1975) utilitzaren un model tridimensional de l'atmosfera per predir l'impacte d'una duplicació dels nivells atmosfèrics de CO2. En els anys 1980 i 1990, el grup de recerca de Manabe aprofundí en la resposta climàtica a l'augment antropogènic de CO2 i d'altres gasos d'efecte hivernacle.

El grup de Manabe treballà inicialment en models de columna atmosfèrica. En els models tridimensional, a aquesta graella vertical s'hi afegeixen una graella horitzonal de latitud i de longitud.

El model de Hasselmann de variabilitat climàtica explica les canvis lents en el clima com la resposta integral a una continuïtat de pertorbacions puntuals i aleatòries (Hasselmann, 1975). D'aquesta forma, la variabilitat meteorològica pot integrar-se en un model climàtic. Hasselmann també realitzà aportacions en la identificació de senyals específics de factors (naturals i antropogènics) que influeixen en el clima.

Desordre i fluctuacions en sistemes físics

En el 1986 Mehran Kardar, Giorgio Parisi i Zhang Yi-Cheng proposaven un model de l'evolució del perfil d'una interfície de creixement (Kardar et al., 1986). L'equació de Kardar-Parisi-Zhang és una equació diferencial parcial estocàstica que permet descriure la dinàmica a diverses escales d'interfícies en creixement. Aquesta i altres aportacions de Parisi han estat aplicades, per ell mateix i per altres grups de recerca, en sistemes ben diversos, des de la dinàmica atòmica de vidres fins a la formació de planetes, passant per estols d'aus.

En contrast amb un ferromagnet (a sota), un vidre d'espín és un estat magnètic caracteritzat per l'aleatorietat d'orientacions. Els treballs de Parisi i d'altres membres de "Cracking the Glass Problem" volen entendre com emergeix el comportament general del vidre a partir del seu caràcter amorf a nivell molecular. El desordre d'espín d'un vidre és sotmès a fluctuacions, ja que l'orientació d'espín de cada partícula és afectada pel de les partícules veïnes.

Lligams:

- Pressmeddelande: Nobelpriset i fysik 2021.

- Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle. S. Manabe, J. Smagorinsky, and R.F. Strickler. Monthly Weather Review, 93(12), 769-798. (1965)

- Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity. S. Manabe, and R. T. Wetherald. Journal of the Atmospheric Sciences, 24 (3), 241-259. (1967)

- Stochastic climate models Part I. Theory. K. Hasselmann. Tellus 28: 473-485 (1975).

- Dynamic Scaling of Growing Interfaces. M. Kardar, G. Parisi, Y.C. Zhang. Phys. Rev. Lett. 56: 889 (1986).

dilluns, 4 d’octubre de 2021

Receptors tàctils (Julius & Patapoutian, Premi Nobel de Fisiologia, 2021)

Fisiologia sensorial: L'Assemblea Nobel de l'Institut Karolinska ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Medicina o Fisiologia de l'edició del 2021 a David Julius i Ardem Patapoutian "per les llurs descobertes de receptors de temperatura i tàctils". S'hi refereixen a proteïnes termosensibles com TRPV1 i TRPM8, i a proteïnes mecanosensibles com PIEZ01 o PIEZ02. Julius identificà TRPV1 com el canal proteic responsable de la percepció de la capsaïcina (el principi actiu de la sensació de cremor del pebre). Patapoutian identificà els receptors Piezo en cèl·lules sensibles a la pressió. Avui sabem que TRPV1 també participa en la nocicepció, i que PIEZ02 és també un proprioceptor.

David Julius

David Julius (*NYC, 4.11.1955) es graduà el 1977 al Massachusetts Institute of Technology (MIT). Sota la supervisió conjunta de Jeremy Thorner i Randy Scheckman realitzà la tesi doctoral sobre convertases de proproteïnes en el decurs de la qual identificà Kex2. Defensà reixidament la tesi doctoral en el 1984, i passà a fer un postdoctorat sota la supervisió de Richard Axel a la Columbia University, on clonà i caracteritzà el receptor 1c de la serotonina (Julius et al., 1988). Més endavant esdevingué professor a la University of California, San Francisco, on establí el seu laboratori de biologia molecular de canals iònics i de transducció sensorial.

Ardem Patapoutian

Արտեմ Փաթափութեան (*Beirut, 1967) estudià a la Universitat Americana de Beirut i, el 1986, passà a la University of California, Los Angeles, on es graduà en biologia cel·lular (1990). Realitzà la tesi doctoral al California Institute of Technology, defensant-la amb èxit en el 1996. Seguidament treballà amb Louis F. Reichhardt a la UCSF, per passar en el 2000 al Scripps Research Institute com a professor ajudant. Compaginà la posició al Scripps amb la investigació per a la Novartis Research Foundation. A partir del 2014 esdevingué addicionalment investigador del Howard Hughes Medical Institute. El laboratori de Patapoutian a Scripps Research se centra en la identificació i caracterització de canals iònics i altres sensors que transdueixen estímuls mecànics (contacte, dolor, so, pressió, etc.) en senyals químics.

Els receptors TRPV1 i TRPM8

En el 1997, el laboratori de Julius clonà i caracteritzà un receptor de capsaïcina, el compost de pebrots del gènere Capsicum que els confereix sabor picant. Caterina et al. trobaren que aquest receptor, TRPV1, present en neurones sensorials, era un canal iònic sensible a la calor dolorosa. Aquest canal pertany a la superfamília de canals catiònics TRP (transient receptor potential).

El grup de Julius també clonà i caracteritzà altres receptors de la mateixa superfamília TRP, com el TRPM8 (=CMR1) o el TRPA1. McKemy et al. (2002) mostraren que el canal TRPM8, present en neurones sensorials del nervi trigemim, s'obria en presència de mentol o a temperatures més fredes. Jordt et al. constataven que el canal TRPA1 de neurones sensorials primàries era sensible a l'oli de mostassa.

El receptor de la capsaïcina fou localitzat en neurones aferents primàries tant somàtiques com viscerals (Tominaga et al., 1998)

Les afinitats químiques d'aquests receptors expliquen en part perquè associem el picant amb la calor i la menta amb la frescor. Aquests tipus de receptors també es troben en les fibres nervioses especialitzades en la detecció d'estímuls dolorosos.

En biologia cel·lular, el concepte de receptor s'aplica a les terminacions neuronals (imatge). En biologia molecular, a les proteïnes, habitualment canals transmembrana, que confereixen aquesta capacitat de recepció a les neurones.

Els receptors Piezo

El laboratori de Patapoutian s'especialitzà en els receptors responsables de la percepció de la temperatura (termoceptors), del tacte i del dolor (nociceptors). A la feina d'identificació de canals iònics i receptors, seguia després l'el·lucidació de la transducció d'aquests senyals (vies de senyalització). Syeda et al. (2015) esclariren l'activació química del canal mecanotransductor Piezo1. Woo et al. (2015) assenyalaren Piezo2 com el principal canal mecanotransductor de la propriocepció (la percepció de posició del cos i de membres corporals). En un model de ratolí, el laboratori de Patapoutian constatà l'expressió de Piezo2 en els extrems sensorials de proprioceptors que inerven els fusos musculars i els òrgans de Golgi de tendons en ratolins.

Syeda et al. (2015) estudiaren el receptor Piezo1 en un model de transfecció en cèl·lules HEK-293T

La identificació dels receptors i dels elements de transducció de la propriocepció i de la nocicepció aporten dianes terapèutiques per a diferents tipus de patologies.

L'òrgan tendinós de Golgi presenta terminacions nervioses amb mecanoceptors Piezo1. És un exemple d'òrgan de propriocepció, ja que ofereix informació sobre pressió o tensió del propi tendó del qual fa part.

Lligams:

- Comunicat de premsa sobre el Premi Nobel de Fisiologia 2021 del Karolinska Institut.

- Julius Lab at UCSF.

- The Patapoutian Lab.

- The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Michael J. Caterina, Mark A. Schumacher, Makoto Tominaga, Tobias A. Rosen, Jon D. Levine, David Julius. Nature 389: 816-824 (1997)

- Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. David D. McKemy, Werner M. Neuhausser, David Julius. Nature 416: 52-58 (2002).

- Chemical activation of the mechanotransduction channel Piezo1. Ruhma Syeda, Jie Xu, Adrienne E Dubin, Bertrand Coste, Jayanti Mathur, Truc Huynh, Jason Matzen, Jianmin Lao, David C Tully, Ingo H Engels, H Michael Petrassi, Andrew M Schumacher, Mauricio Montal, Michael Bandell, Ardem Patapoutian. eLife 4: e07369 (2015).

- Piezo2 is the principal mechanotransduction channel for proprioception. Seung-Hyun Woo, Viktor Lukacs, Joriene C de Nooij, Dasha Zaytseva, Connor R Criddle, Allain Francisco, Thomas M Jessell, Katherine A Wilkinson, Ardem Patapoutian. Nature Neuroscience 18: 1756-1762 (2015).