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).