El model de Bazant i Bush per limitar la transmissió del SARS-CoV-2 en espais interiors

Epidemiologia: Som ara en nou pic global d’incidència diària de casos de covid-19 que supera tots els anteriors. El ritme global de vaccinació avança massa lentament perquè hi hagi indicis de control d’aquesta pandèmia. Quan es declarà la pandèmia de covid-19 a començament de març del 2020, bona part dels consells de prevenció del contagi se centraven en evitar el contacte directe a través de gotes respiratòries (distància interpersonal de sis peus o de dos metres) o el contacte indirecte a través de fomites (netejar-se les mans amb freqüència i evitar de tocar-se la cara amb les mans brutes). No obstant, s’ha acumulat evidència al llarg dels mesos que indiquen que la ruta presencial de contagi del SARS-CoV-2 és la inhalació d’aerosols exhalats per persones infectades. En aquesta transmissió aèria cal assumir que les microgotes respiratòries es barregen uniformement amb l’aire quan es troben en un espai tancat. Aquesta setmana, a la revista PNAS, Martin Z. Bazant, del Department of Chemical Engineering del MIT, i John W. M. Bush, del Department of Mathematics del mateix centre, publiquen unes orientacions per limitar la transmissió per aire en espais tancats de la covid-19. Val a dir que el text original fou tramès a la revista el 9 de setembre del 2020. Sota l’edició de Renyi Zhang, el text revisat fou acceptat per John H. Seinfield per a publicació el 3 de març del 2021. En aquesta orientació Bazant & Bush fixen un límit superior al producte del nombre d’ocupants i del temps que passen en una mateixa sala o cambra. El model teòric que presenten quantifiquen la reducció del risc d’acord amb el volum de la sala (sales més grans impliquen menys risc) o el nivell de ventilació (major taxa de recanvi d’aire suposa menor risc), així com l’augment del risc en determinats contextos (activitats físiques que impliquen una taxa respiratòria més elevada). El model també considera la reducció important de risc associat a l’ús de mascaretes facials. Amb aquestes reflexions qüestionen la importància central que s’atorga als Estats Units de la “norma dels sis peus”, que únicament serviria per a les gotes respiratòries més grosses. Cal centrar-se especialment en els espais tancats, i en el concepte de “temps d’exposició acumular”: la reducció del risc s’aconseguiria amb mesures de ventilació, de filtració d’aire, d’ús de mascaretes i, evidentment, de detecció primerenca de les cadenes de transmissió a través de tests. Del model de Bazant & Bush el que més ressò mediàtic ha tingut és l’estimació que fan de la dosi infecciosa del SARS-CoV-2: seria de tan sols 10 virions! A partir del model de Bazant & Bush, Kasim Khan ha desenvolupat una app especialment pensada per entorns com ara aules o residències.

El nivell d’ocupació i el temps d’estada ofereixen uns criteris per avaluar la seguretat d’espais tancats com aules d’estudi o residències de gent gran. El gràfic mostra com una hora sense mascareta equival a dotze hores amb mascareta. La norma dels sis peus (1,8 metres) de distància no sempre és garantia de seguretat, i una bona ventilació mecànica pot ajudar a fer segurs espais on no es pot respectar aquesta distància

La pandèmia global de covid-19

La malaltia coronavírica del 2019 fou detectada per primera vegada a Wuhan el desembre del 2019 com una pneumònia infecciosa. Aviat s’estengué per tota la província de Wuhan i a la resta de Xina, i el mes de març ja era declarada una pandèmica. L’agent causal rebé la designació de SARS-CoV-2, per la seva similitud amb el SARS-CoV, el coronavirus causant d’un brot de síndrome respiratori agut sever dues dècades abans, que fou contingut abans d’arribar a l’estadi pandèmic.

Com amb la resta de virus respiratoris, el SARS-CoV-2 tindria tres possibles rutes de transmissió humà a humà:
- la transmissió a través de gotes respiratòries grans emeses per la boca d’una persona infectada i que van a parar a la boca, nas o ulls d’una persona susceptible.
- el contacte físic amb gotes respiratòries dipositades en superfícies, que són després transferides per la pròpia persona susceptible de la mà a les seves mucoses respiratòries.
- la inhalació de microgotes ejectades per una persona infectada i que són transportades en el corrent d’aire.

Aquests tres mecanismes es troben interconnectats. Entre les gotes respiratòries trobem un continu en termes de dimensions: les més petites són les que tendiran a romandre més temps en suspensió, i les més grosses tendiran a dipositar-se en forma de fomites en superfícies.

Davant del possible contagi a través de fomites s’ha fomentat la higiene de mans, substituir la mà pel colze en tapar-nos la boca quan tossim o esternudem, o evitar de tocar superfícies compartides, utilitzar guants d’un sol ús, etc. Al llarg dels mesos, però, la preocupació per aquesta via de contagi ha disminuït, per bé que una bona higiene respiratòria i de mans ha romàs.

Davant del possible contagi a través de gotes “grans” s’ha fomentat la distància interpersonal. Sis peus o dos metres, per exemple, són una distància suficient per a les gotes respiratòries més grosses (de l’ordre de mil·límetres de diàmetre), que tendeixen a precipitar abans.

A mesura que passaven els mesos de pandèmia, i s’acumulaven dades concretes sobre contagis, particularment de “casos de supercontagiadors”, s’ha assumit que el paper dominant en la dispersió del SARS-CoV-2 es deu a la transmissió aèria en espais tancats, és a dir la vehiculada per aerosols respiratoris de l’ordre de micròmetres de diàmetre). Per exemple, en l’assaig de la Skagit Valley Chorale, fet el 10 de març del 2020, amb una durada de 2 hores i mitja, es contagiaren 53 dels 61 participants, per bé que la majoria no s’acostaren a la persona inicialment infectada. En un estudi de 7324 casos primerencs de covid-19 a 320 ciutats de Xina, tan sols 1 contagi s’hauria produït en un espai obert.

L’adopció de la mascareta ha estat especialment efectiva en la reducció dels contagis. La protecció envers els aerosols infecciosos és parcial, però d’un caràcter més general que les mesures de confinament o de distància social.

Les gotes respiratòries es formen per la desestabilització de la superfície de la mucosa pulmonar i del tracte respiratori quan respirem, i encara pot ser superior aquesta formació quan parlem, cantem, esternudem o tossim. Cal afegir-hi també les gotes procedents de la cavitat oral (saliva). El radi de totes aquestes gotes és molt variable: pot anar de 100 nm a 1 mm. Quan simplement respirem, els radis van de 100 nm a 5 μm, amb un pic de 500 nm. En tossir o esternudar el rang de radis de les gotes s’amplia cap amunt. Segons la mida de la gota i la força de l’aire d’exhalació, trobarem diferents destins: les més petites poden arribar a quedar suspeses en l’aire mentre que les més grans acabarien caient damunt de superfícies.

En persones infectades per SARS-CoV-2 o altres patògens respiratoris, les gotes exhalades serien el principal vector de transmissió de malaltia.

La sala homogènia

En una sala homogènia, l’aire es troba be barrejat. La situació seria comparable a la d’un reactor en agitació contínua. Els patògens continguts en els aerosols romandrien en l’aire de la sala fins que fossin expulsats per ventilació, inhalats per una persona o sedimentessin en una superfície de la sala. El destí dels aerosols depèn de dues velocitats: la velocitat de sedimentació de l’aerosol en l’aire quiescent i la velocitat de circulació de l’aire ambiental. La sala és descrita per la seva àrea i la seva alçada. La ventilació s’expressa en termes de recanvi d’aire per hora. Aquesta ventilació pot veure’s enfortida amb sistemes mecànics (ventilació mecànica), mentre que mecanismes de filtració poden alterar la distribució de mides dels aerosols respiratoris (una filtració HEPA és definida per una probabilitat de filtració superior al 99,97%, mentre que precipitadors electrostàtics tindrien una probabilitat del 45-70%). La velocitat mitjana de l’aire depèn de ventilació (natural i mecànica), i fixa el temps de barreja de l’aire segons l’alçada de la sala. L’alçada de la sala també és un dels paràmetres que determina el radi crític dels aerosols, a partir del qual un aerosol tendiria a la suspensió abans d’ésser eliminat per la ventilació de sortida.

En una cambra de 2,1 metres d’alçada, amb un nivell de ventilació de 0,34/h, el radi crític dels aerosols és de 1,3 μm. Si hom augmenta la ventilació fins a 6/h, aquest radi crític augmenta a 5,5 μm.

Un altre aspecte a considerar és l’evaporació de les gotes respiratòries. Les gotes de menys de 100 μm pateixen un procés d’evaporació en l’aire que les converteix eventualment en “nuclis” consistents en soluts residuals (sals, carbohidrats, proteïnes i, en el cas de les gotes infeccioses, virions): el caràcter higroscòpic d’aquests soluts fa que el nucli retingui un contingut d’aigua. Les gotes de saliva poden perdre en aquest procés un 80% de diàmetre, mentre que les gotes mucoses (riques en proteïnes glicosilades) perdrien tan sols un 40% de diàmetre. Aquest procés fa que en qüestió de poques dècimes de segon, una bona part de les gotes respiratòries assoleixin mides inferiors a les 10 μm de diàmetre.

Els virions presents en els aerosols respiratoris tenen un temps limitat d’activitat, que depèn de factors com la mida de l’aerosol, i també de les condicions ambientals (temperatura, humitat). Com més elevades són la temperatura i la humitat menor és la vida mitjana d’un virió. Aquesta vida mitjana també pot modular-se amb l’ús de desinfectants (UV-C, H₂O₂, O₃).

La concentració de patògens en aerosols d’una determinat radi dependrien, doncs, de la taxa de producció per l’exhalació de persones infectades i la taxa de pèrdua per ventilació, filtració, sedimentació i desactivació.

La transmissió del virus dependria de la concentració de patògens en aerosols, i en l’eficiència dels virions per entrar en contacte amb la mucosa respiratòria de persones susceptibles.

Guia de seguretat per a espais tancats

Bazant & Bush defineixen un nombre reproductiu per a la transmissió aèria en espais tancats, com el nombre esperat de contagis en una sala amb una ocupació total N per a un temps t a partir d’una única persona infectada que hi entra en el temps 0.

El nombre de persones susceptibles en la sala depèn del nombre total de persones presents i de la fracció de persones que en la població no ha estat encara exposades o immunitzades.

Per minimitzar el risc d’infecció:
- hom hauria d’evitar passar períodes estesos en àrees densament poblades.
- hom és més segur en sales de major volum i d’una alta taxa de vencilació.
- hom es troba en major risc en sales on es fa exercici, es canta o es crida.
- l’ús de mascaretes, tant si les dues persones infectades com susceptibles, reduiria enormement el risc de transmissió.

La transmissibilitat del SARS-CoV-2

El paràmetre epidemiològic constituït pel producte de la concentració de virions en els aerosols exhalats per una persona infecciosa i la transmissibilitat relativa d’aquests virions, és un valor altament variable. Una persona infecciosa, al llarg de la infecció, progressa per diversos estadis: la contagiositat comença a pujar abans de l’aparició dels símptomes més específics, i pot variar a més entre individus (les infeccions asimptomàtiques generen una menor contagiositat). Diferents mutacions de SARS-CoV-2 també afecten la transmissibilitat, i en el decurs dels darrers mesos variants més transmissibles s’han imposat en les àrees del món amb més incidència de covid-19.

El contagi a la Skagit Valley Chorale ha servit per fer una estimació de la càrrega contagiosa de l’aire emès per una persona infecciosa que canta: 970 quanta infecciosos per metre cúbic, o 970 quanta infecciosos emesos per hora. Aquesta xifra és ben superior a les que s’estimà per al SARS-CoV en casos de contagi en un hospital i una escola elemental: 28 quanta per metre cúbic. També és superior a l’estimada per al virus de la grup H1N1 (15-128 quanta per metre cúbic).

Bazant & Bush estimen que les concentracions de quanta infecciosos per al SARS-CoV-2 anirien de 1-10 quanta/m³ en la respiració nasal en repòs a 100-1000 quanta/m³ en parlar en veu alta o cantar. Això equivaldria a unes concentracions de quanta infecciosos per mL d’aerosol de 2-7·10⁸. Les càrregues virals de l’esput van de 10⁸ a 10¹¹ còpies d’ARN per mL, i d’un valor molt inferior seria la càrrega viral de la saliva. La major part dels aerosols respiratoris procedeixen de la fragmentació de moc de bronquíols i de laringe, mentre que la saliva genera gotes respiratòries de major diàmetre. La càrrega viral que hom troba en els hisops faringis de persones infectades en la primera setmana de símptomes arriba típicament a un pic de 7·10⁸ còpies d’ARN. Es pot estimar doncs, que els aerosols més infecciosos tenien una càrrega viral de 10⁹ còpies per mL. La dosi infecciosa del SARS-CoV-2 seria de 10 virions transportats en aerosols, un valor deu vegades inferior a la dosi infecciosa del SARS-CoV.

Un aula de 19 alumnes

Bazant & Bush contemplen una aula típica de 19 alumnes i 1 mestre. Si no utilitzen mascareta, el temps segur després de l’entrada d’un individu infectat seria de 1,2 hores. Si l’aula compta amb ventilació mecànica, aquest temps s’ampliaria a 7,2 hores.

L’ús de mascareta a l’aula allargaria el temps segur després de l’entrada d’un individu infectat, que passaria a 8 hores en ventilació natural, i a 80 hores amb ventilació mecànica.

Residències de gent gran

L’efecte de la ventilació en residències de gent gran seria considerable d’acord amb aquest model. Sota una ventilació natural, la norma de sis peus de distància deixa de funcionar als 3 minuts de l’entrada d’una persona infecciosa. Això mostra que la “norma dels quinze minuts” (la idea de limitar el contacte interpersonal a un quart d’hora) seria insuficient en aquest context: en el cas de ventilació mecànica, el temps de funcionament de la norma de sis peus no superaria els 18 minuts.

Totes aquestes xifres expliquen la facilitat amb la qual circulà el virus en residències de gent gran. Davant d’això cal minimitzar compartir espais tancats, mantindre una ventilació adequada i exhaustiva, i promoure l’ús de mascaretes.

El seguiment de contactes

Actualment, el CDC considera “contacte estret” qualsevol individu que hagi estat a menys de 6 peus d’una persona diagnosticada per més de 15 minuts. Bazant & Bush considera que aquest criteri és una subestimació, i que caldria estendre-la d’acord amb les condicions de l’espai tancat on s’han trobat. Per a grups que comparteixen espais tancats de manera intermitent (oficines, aules), caldria fixar una freqüència de tests d’acord amb les condicions concretes de cada espai.

El cas de sales heterogènies

No tots els espais tancats tenen una dinàmica d’homogeneïtzació de l’aire corresponent a la del model. Per això, Bazant & Bush contemplen situacions heterogènies, com les produïdes arran de fluxos d’aire condicionat. L’ús generalitzat de mascaretes reduiria els riscos associats a fluxos d’aire al nivell típic de sales homogènies.

Una situació més complexa seria la formada per sales interconnectades, que poden compartir o no la mateixa dinàmica de ventilació.

Lligams:

- A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19. Martin Z. Bazant & John W. M. Bush. PNAS 118: e2018995118 (2021).

- COVID-19 Indoor Safety Guideline.

L’Oceà Roig: 13 milions d’anys de nous fons marins entre Àfrica i Aràbia

Geologia: Nico Augustin i Colin Devey, del Centre de Recerca Oceànica GEOMAR, de Kiel, juntament amb Froukje M. van der Zwan (de la Universitat Rei Abdul·là de Ciència i Tecnologia) i Bryndís Bransdóttir (de l’Institut de Ciències de la Terra de Reykjavík), han fet una compilació de dades sismològiques, gravimètriques i batimètriques de tota la conca de la Mar Roja. En un article a Nature Communications entren en el debat sobre l’estructura tectònica i d’escorça de la Mar Roja afirmant que l’extensió de fons oceànic té lloc fins ben al nord. Es tracta d’una expansió ultralenta però comparable a la que trobem en dorsals oceàniques plenament reconegudes. Els dubtes en aquest punt obeirien a la manca de dades detallades sobre el fons marí. Per sota dels sediments, Augustin et al. posen de manifest, a través de dades de camp gravitatori, d’elevacions volcàniques axials. A menys de 55 km de la costa hi hauria per tot el fons de la Mar Roja una extensió d’escorça oceànica, que hauria començat expandir-se des de fa 13 milions d’anys. La Mar Roja, en tant que conca oceànica madura, potser meritaria el nom, des del punt de mira geològic, d’Oceà Roig.

Augustin et al. integren dades de batimetria (a), d’anomalies de camp gravitatori (b) i d’anomalies magnètiques

La Mar Roja com a jove conca oceànica

La Mar Roja o Mar Vermella és un golf o braç de mar de l’Oceà Índic entre Àfrica i Àsia. Geològicament, però, és reconeguda com una conca oceànica. Es troba entre les conques oceàniques més joves i és considerada un model de l’esquerdament continental que precedeix a la formació d’una dorsal oceànica. Quin lloc en aquesta transició ocupen cadascuna de les seccions de la Mar Roja és matèria de debat. No resulta fàcil identificar l’estructura tectònica quan el fons marí és sepultat sota grans quantitats de sediment i de dipòsits de sal. Això no tan sols afecta a la informació batimètrica, sinó també a les lectures magnètiques i gravimètriques.

Augustin, Zawn i Devey desenvoluparen el concepte d’un nou model geològic, elaboraren els detalls de les interpretacions estructurals, les il·lustracions i redactaren un primer esborrany de l’article. Bona part de la redacció la realitzaren a Osten (entre el 21 i el 23 de febrer del 2018), i fou tramès a la revista el 16 d’abril del 2019. En el procés de revisió per a la revista participaren, entre d’altres Peter Betts i Joël Ruch. Bransdóttir contribuí a la col·lecció, visualització i interpretació de dades sísmiques i de mecanismes focals, que foren incloses en el redactat finalment acceptat el 22 de març.

Els autors tenen paraules d’agraïment per Jérôme Dyment, Philip Ball i Christian Heine, participants en la Conferència de Viena de la Unió de Geociències Europea d’ara fa quatre anys i que després visitaren el GEOMAR de Kiel.

Augustin et al. integren dades de gradient vertical de gravetat que revelen estructures d’escorça per sota dels sediments, amb les dades batimètriques i sísmiques, per tal de presentar un concepte tectònic del desenvolupament d’aquesta conca oceànica durant els darrers 13 milions d’anys.

Les dades emprades

Les dades batimètriques procedeixen del General Bathymetric Chart of the Oceans (GEBCO). El model de gravetat global és el WGM2012. La graella d’anomalia magnètica és la d’EMAG2. Les dades hipsomètriques són de Natural Earth. La graella de gradients verticals de gravetat són accessibles a Topex. Els catàlegs de terratrèmols són de l’International Seismological Centre.

Un model tectònic per al Rift de la Mar Roja

Les dades gradient vertical de gravetat (VGG) permeten fer visible tot el rift de la Mar Roja. Bona part del rift es troba soterrat per sediments i dipòsits, però Augustin et al. poden resseguir-lo al llarg de 1000 km. Amb una evolució de 30 milions d’anys, l’eix del rift pateix segmentacions i discontinuïtats, cosa que s’explica per la lentitud relativa del procés de generació d’escorça oceànica nova. Malgrat la coberta de sediments, les anomalies perpendiculars al rift (superiors als 70 eotvos o 7·10^-8 s) són d’una magnitud consistent. Les anomalies positives perpendiculars al rift que s’observen al centre i al nord de la Mar Roja coincideixen amb volcans axials o cims axials, com els monts submarins de Mabahiss i Hatiba. En la zona sud de la Mar Roja, on l’eix és exposat de manera contínua ja no s’observen aquestes discontinuïtats. Augustin et al. atribueixen aquesta diferència a l’acció de la ploma de mantell d’Afar, que aportaria un augment del subministrament de Magma a les latituds situades per sota del 20 °N.

La distribució de sismes al llarg del rift permet identificar la posició de les principals falles de transformació. L’activitat sísmica es concentra en la falla de transformació Mar Roja-Mar Morta que recorre el golf d’Àqaba (28 °N), en la zona de fractura de Zabargad (24 °N) i en el Rift de Danakil (14 °N).

Entre latituds de 20 °N i 27 °N, Augustin et al. identifiquen 11 corriols de segmentació, que van dels 103 km als 174 km. Els corriols s’estenen fins a menys de 55 km de la línia de costa. Amb taxes anuals d’expansió de 8-13 mm, aquests corriols marcarien una expansió d’escorça oceànica de 12,7-13,5 milions d’anys de durada. D’acord amb el seu model, la Mar Roja no seria una conca de transició entre l’esquerdament de l’escorça continental i l’inici d’expansió de l’escorça oceànica, sinó que ja es trobaria de ple en aquesta segona fase.

Segons el model tectònic d’Augustin et al., l’escorça oceànica abasta tota la longitud de la Mar Roja, fins gairebé tocar les entrades dels golfs de Suez i d’Àqaba.

Lligams:

- 13 million years of seafloor spreading throughout the Red Sea Basin. Nico Augustin, Froukje M. van der Zwan, Colin W. Devey, Bryndís Brandsdóttir. Nature Communications 12: 2427 (2021).

La Perseverance inicia la producció d’oxigen a Mart

Química: Mentre l’atenció mediàtica sobre el cràter Jezero se centra en l’helicòpter Ingenuity, que ja ha fet la segona volada, no volem passar per alt que, a pocs metres de distància, en el ròver Perseverance ha començat l’experiment d’utilització de recursos in-situ per a la producció d’oxigen (MOXIE). Concretament, l’instrument MOXIE ha aconseguit la producció d’oxigen molecular (O₂) a partir de la reducció de diòxid de carboni (CO₂) atmosfèric en monòxid de carboni (CO). En el decurs d’una hora ha aconseguit extraure 5,37 grams d’O₂, una xifra aparentment modesta (correspon al consum d’oxigen d’una persona en 10 minuts), però que té un considerable impacte simbòlic per a futures missions de retorn de mostres o, fins i tot, d’estacions tripulades.

Imatge dels components del Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE)

L’instrument MOXIE

L’instrument MOXIE (Experiment d’Utilització de Recurs In-Situ per generar oxigen a Mart) és un dels elements científics del ròver de la NASA Perseverance. Ha estat impulsat per la Direcció de Missions Tecnològiques de l’Espai (STMD) i per la Direcció de Missions d’Exploració i Operacions Humanes (HEOMD) de la NASA. L’investigador principal de MOXIE és Michael Hecht, de l’Observatori Haystack del MIT.

MOXIE té un massa de 15 kg, i unes dimensions de 24 x 24 x 31 cm. El seu consum de potència és de 300 W.

MOXIE vol demostrar la tecnologia de conversió del diòxid de carboni atmosfèric (que suposa el 94,9% del volum de la tènue atmosfera marciana) en oxigen molecular. Concretament, la reacció global és 2 CO₂ → 2 CO + O₂.

El procés de conversió té lloc a altes temperatures (1070 K). Això exigeix, d’una banda, una font de calor. De l’altra banda, cal que MOXIE incorpori materials resistents a altes temperatures, com un aliatge de níquel i un aerogel de baix pes específic. Finalment, és necessari garantir que aquesta calor no irradiï a altres parts del ròver Perseverance, i per això MOXIE té una recoberta exterior fina d’or, que reflecteix la radiació calorífica (infraroja).

El test del 20 d’abril del 2021

La primera prova del MOXIE tingué lloc en el sol 60 de la missió, corresponent al 20 d’abril del 2021. Després d’un escalfament de dues hores i dos quarts, es va fer, durant una hora de producció, un total de 5,37 grams d’O₂.

En el proper any marcià, MOXIE realitzarà un mínim de nou proves addicional de producció d’oxigen. Durant la primera fase, caldrà comprovar i caracteritzar el funcionament de l’instrument. En la segona fase es determinarà l’impacte de factors ambientals (hora del dia, estació de l’any) en la producció d’oxigen. En la tercera fase es s’estudiarà l’impacte de factors intents, com la temperatura de reacció.

La producció d’oxigen a Mart en futures missions

Generar, aïllar i emmagatzemat oxigen diatòmic a Mart serà un component necessari per a futures missions. L’oxigen líquid generat serà el comburent per a coets que escapin del camp gravitatori de Mart (tripulats o no). A més, l’oxigen és un nutrient imprescindible per a missions tripulades en la superfície marciana.

Per exemple, una missió tripulada a Mart integrada per quatre cosmonautes necessitaria 1 tona mètrica d’O₂ cada any per a les seves necessitats respiratòries. Però la quantitat necessària d’oxigen per fer el llançament del coet que els retornaria a la Terra seria 25 vegades superior a aquesta xifra. De fet, caldria més massa d’oxigen com a comburent (25 tones) que no pas massa de combustible (7 tones). Produir tot aquest oxigen a Mart estalviaria la càrrega del llançament de la Terra. Per comptes de carregar-hi 25 tones d’oxigen, n’hi hauria prou de carregar-hi un conversor d’oxigen d’1 tona de massa.

El conversor d’oxigen produeix monòxid de carboni com a subproducte. Si bé en el disseny de MOXIE, el CO és abocat amb el CO₂ sobrant, també se’l podria reaprofitar com a combustible directament, o bé utilitzar-lo per a la producció d’un combustible encara més eficient, el metà (CH₄). Una altra aplicació del conversor d’oxigen seria la producció d’aigua, en la que caldria també una font d’hidrogen.

En tot cas, es pot dir que MOXIE és la primera demostració d’una utilització de recurs in-situ (en aquest cas, l’atmosfera marciana).

Lligams:

- NASA's Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen From Red Planet, comunicat de premsa de la NASA.

Ingenuity fa el primer vol

Avui 19 d’abril del 2021 a les 7.30UTC, l’helicòpter Ingenuity ha fet el seu primer vol a Mart. Han estat poc més de 39 segons, i s’ha alçat a uns 3 metres de la superfície, però sens dubte ha fet història, com el primer enginy d’origen terrestre de fer un vol atmosfèric a motor en un astre diferent de la Terra.

Ingenuity ha fotografiat la seva pròpia ombra projectada damunt del sòl marcià

El repte de la Ingenuity no era menor. Tot i que la gravetat de Mart és d’un terç de la Terra, la densitat atmosfèrica a la superfície és 100 vegades inferior, de tal manera que enlairar-se des de la superfície marciana és equivalent a volar a 30 km per damunt de la superfície terrestre (on no ha volat pas encara cap helicòpter).

L’helicòpter Ingenuity fa part de la missió Mars Perseverance de la NASA, llençada des de Cap Canaveral el 30 de juliol del 2020. El 18 de febrer del 2021 la Mars Perseverance aterrava a la pista Octavia E. Butler del cràter Jezero (a una latitud 18ºN). El 21 de març del 2021 es desprenia la coberta que havia protegit l’Ingenuity durant el viatge. El 3 d’abril l’Ingenuity era desplegat a la superfície, i el rover Perseverance se n’apartava per deixar-li espai. El dia 8 es va fer la primera prova de rotor. La segona prova del dia 9 obligà a una sèrie de correccions, que avui han resultat profitoses.

Lligams:

- NASA's Ingenuity Mars Helicopter Succeeds in Historic First Flight, notícia a Mars.Nasa.Gov.

La quimerització d’embrions de ‘Macaca fascicularis’ amb cèl·lules pluripotents humanes

Biotecnologia: Tao Tan (de la Universitat Kunming de Ciència i Tecnologia, KUST), Jun Wu (del UT Southwestern Medical Center), Weizhi Ji, Yuyu Niu (KUST) i Juan Carlos Izpisua Belmonte són destacats investigadors en les cèl·lules mare pluripotents humanes (hPSC), és a dir en les cèl·lules troncals virtualment capaços de proliferar indefinidament i de diferenciar-se en tots i cadascun dels tipus cel·lulars de l’organisme. A mitjans de la dècada passada aconseguiren unes hPSC “esteses” (hEPSCs), en el sentit d’ésser capaces de donar lloc també a tipus cel·lulars extraembrionaris (els qui constitueixen la placenta). Aquesta setmana, en un article publicat a Science, aquests cinc investigadors i els seus col·laboradors comuniquen la generació ex vivo d’embrions quimèrics Homo sapiens-Macaca fascicularis amb l’ús d’hEPSCs. Inoculades en embrions de macaco, les hEPSCs s’hi diferenciaven en llinatges hipoblàstics i epiblàstics. Mitjançant un sistema d’anàlisi de seqüència per petits ARN condicionals, Tan et al. seguien les trajectòries de desenvolupament de les cèl·lules humanes i macaques. La formació de quimeres interespecífiques constitueix per als autors un model d’avaluació in vivo de la pluripotència de les hPSCs, però alhora també té un potencial per a la generació de teixits i òrgans per aplicacions de medicina regenerativa. Fins ara, els autors havien treballat sobretot amb embrions de ratolí i de porc, però trobaven obstacles per a la formació de quimeres. Pensant que aquests obstacles serien deguts a la llunyania taxonòmica de rosegadors i artiodàctils respecte d’humans, escolliren una espècie de primat no-humà, Macaca fascicularis, el mico cynomolgus. En aquests embrions, les hEPSCs sobreviuen, proliferen i es diferencien en llinatges cel·lulars. La finalitat de l’estudi és començar a identificar els processos de senyalització interespecífic que operen en una quimera d’aquesta mena, per poder traslladar aquest coneixement al model de porc i de ratolí.

Una recerca a la província de Yunnan

Tao Tan, Jun Wu, Weizhi Ji i Juan Carlos Izpisúa dissenyaren l’estudi i supervisaren tots els experiments. Chenyang Si i Youyue Zhang realitzaren les tasques al Laboratori de Recerca Biomèdica en Primats de la Província de Yunnan: superovulació, micromanipulació, etc. Altres autors contribuïren a la realització d’experiments, l’obtenció de reactius o el disseny de protocols. Les dades foren analitzades per Tan, Wu, Shaozing Dai, Pengpeng Yang i Ran Zhu. Tan, Wu, Dai, Ji i Izpisúa redactaren l’article, que fou tramès a la revista Cell el 29 de setembre del 2020. Després d’una revisió, completada el 25 de gener, l’article fou acceptat el 9 de març, i publicat el 15 d’abril.

Aquesta investigació fou finançada amb programes de recerca de la Xina i de la província de Yunnan, així com de la Universidad Católica de Murcia (UCAM) i la Moxie Foundation. Els autors agraeixen a David O’Keefe els seus comentaris, i al Programa d’Ètica en la Recerca de la Stanford University per les aportacions realitzades durant el procés de revisió de protocols.

Les cèl·lules troncals (stem cells, SC) o cèl·lules mare són les cèl·lules indiferenciades o parcialment diferenciades, que poden proliferar indefinidament o diferenciar-se en diversos tipus cel·lulars. Les cèl·lules troncals pluripotents (pluripotent stem cells, PSCs) serien capaces, no tan sols de renovar-se indefinidament en cultiu, sinó també de generar tots els tipus cel·lulars de l’organisme adult.

Les PSCs tindrien, doncs, un gran potencial en medicina regenerativa. Però aquest potencial passa per aconseguir-les en un gran nombre. L’addició de PSCs humanes (hPSCs) a embrions d’altres espècies (“complementació de blastocist” o “quimerització interespecífica”), conduiria a la generació de cèl·lules, teixits o òrgans humans, que es podrien destinar a transplantaments. Perquè aquesta estratègia funcioni, les hPSCs han de tindre “competència quimèrica”, és a dir la capacitat de proliferar i diferenciar-se en un embrió no-humà.

La competència quimèrica de les hPSCs sembla poc prometedora en embrions de ratolí o de porc. Una raó pot ésser l’apoptosi (o suïcidi cel·lular) de les hPSCs, i per això s’ha assajat la inhibició de l’apoptosi. Una altra estratègia seria inhibir les barreres xenogeneiques que actuarien en aquest sistema.

No totes les hPSCs són iguals, i formulacions de cultiu cel·lular diferents donen lloc a resultats diferents en termes de potencial quimèric. Hom pot estendre la capacitat de les hPSCs, i convertir-les en hEPSCs, les quals tenen una major capacitat quimèrica en embrions de ratolí.

Al Laboratori de Yunnan han aconseguit, paral·lelament, dissenyar un sistema de cultiu que permet el desenvolupament ex vivo d’embrions de M. fascicularis fins a 20 dies. És en aquest sistema que Tan et al. han microinjectat hEPSCs en blastocists de mico. Les hEPSCs són capaces d’integrar-se en les masses cel·lulars internes de blastocists tardans, i contribuir-hi tant a llinatges embriònics com extra-embriònics, tant en l’estadi corresponent a la implantació com en el directament ulterior.

Cèl·lules troncals pluripotents esteses humanes són capaces de quimeritzar embrions de macaco

Deu macaques foren seleccionades per a aquest estudi

Deu macaques (Macaca fascicularis), d’edats compreses entre 5 i 8 anys, i amb un pes corporal de 4 a 6 kg, foren seleccionades per a aquest estudi, conduït al LBPR de KUST.

Les cèl·lules troncals pluripotents esteses humanes (hEPS) eren cultivades sobre fibroblasts embriònics de ratolí (MEFs) en un medi N2B27-LCDM. Les sigles LCDM corresponen als quatre factors (LIF, CHIR99021, maleat de dimetindè i hidroclorur de minociclina) que faculten les hPSCs per esdevindré hEPSCs (iPS1-EPS).

A les deu macaques se’ls administrà per injecció intramuscular durant 8 dies alfa-fol·litropina humana recombinant (rhFSH), i en el dia 9è se’ls injectà alfa-gonatropina coriònica humana recombinant (rhCG). Entre 32 i 35 hores després d’aquesta darrera injecció es feia una recollida de complexos cúmulus-oòcit per aspiració fol·licular laparoscòpica.

Els oòcits recuperats eren tractats amb hialuronidasa per treure-hi les cèl·lules del cúmulus. Els oòcits madurs (amb el primer cos polar present, és a dir situats en la metafase II de la meiosi) eren sotmesos a una injecció intracitoplasmàtica d’espermatozoide, i passats a un medi de cultiu CMRL-1066. La fertilització era confirmada per la presència del segon cos polar i dels dos pronuclis. Els zigots eren seguidament cultivats en medi HECM-9.

En el dia 6è posterior a la fertilització (blastocist d’estat primerenc), els blastocists eren transferits a una placa de Petri. Era llavors que s’injectaven unes 25 hEPSCs. Els blastocists injectats eren transferits a un medi mixt i cultivats durant 24 hores fins a l’estadi de blastocist ben expandit.

Les cèl·lules humanes i macaques eren distingides per les seqüències nucleiques. Per immunofluorescència es feia un seguiment de les interaccions intercel·lulars.

La generació de blastocists quimèrics humà-macac in vitro

Tan et al. utilitzen una línia hEPSC ben caracteritzada, generada per la reprogramació LCDM: iPS1-EPSCs. Les iPS1-EPSCs, en cultiu in vitro, formen colònies amb aspecte de cúpula. Es caracteritzen per l’expressió dels tres factors de transcripció centrals en la pluripotència: OCT4, NANOG i SOX2.

Les iPS1-EPSCs eren marcades amb tdTomato (TD) en el moment previ a la injecció en blastocists primerencs de macaco. D’aquesta manera hom podia seguir-ne la proliferació en les 24 hores posteriors a la injecció. En 132 blastocists injectats TD⁺ iPS1-EPSCs, s’hi va poder detectar la presència de cèl·lules humanes en el 100% dels casos.

La contribució quimèrica d’hEPSCs a embrions de macaco en l’estadi post-implantació

El sistema d’implantació ex vivo permet a blastocists continuar l’embriogènesi fins a l’estadi de gastrulació. Per fer-ho, es retira del blastocist la zona pellucida, i se’l permet d’adherir-se a la superfície del cultiu.

La injecció de hEPSCs no afectava la implantació ex vivo. Així, si dels controls no-injectats (104), el 92,31% s’adherien, dels injectats (111) ho feia el 92,79%. La implantació tenia lloc en el dia 10 posterior a la fertilització. En el dia 11 ja era visible un disc embriònic.

La presència d’hEPSCs (seguida pel marcatge de TD) en els discs embrionaris davallava en el temps. En el dia 9 posterior a la fertilització (dia 3 posterior a la injecció), s’hi detectaven en una mica més de la meitat dels embrions injectats. Però en el dia 13, ja només s’hi detectava en un terç.

Les ratios de desenvolupament dels embrions injectats eren lleugerament inferior a la dels controls. De tota manera, embrions injectats o no-injectats comencen a fallar a partir del 15 en aquest model d’implantació ex vivo.

El marcatge de TD i la immunofluorescència per OCT4, NANOG i OCT4 permetia identificar la localització de les iPS1-EPSCs. Altres marcadors permetien afinar la posició dins de les masses embrionàries. Així deduïen una contribució raonable a l’epiblast (que arribava a un màxim del 7,08% en el dia 15). En l’hipoblast la contribució era menor (s’arribava a un màxim del 4,96% en el dia 19).

El paisatge transcripcional dels embrions quimèrics

L’anàlisi de scRNA-seq permet analitzar els transcriptomes de cèl·lules individuals en els embrions quimèrics. Els embrions eren dissociats, i es recollien manualment cèl·lules distingint-les per la presència o absència del marcador TD. En total seqüenciaren 227 cèl·lules humanes i 302 cèl·lules macaques, corresponents a diferents punts del desenvolupament embrionari (dies 9-17). Després d’un filtratge, es tingueren en compte únicament 200 cèl·lules humanes i 272 cèl·lules macaques. D’aquestes, de mitjana, s’hi detectaven 9.798 gens i 27.936.953 lectures.

La comparació amb els embrions control, permeté la identificació de gens que modificaven l’expressió en els embrions quimèrics. Entre les vies de senyalització deprimides en els embrions quimèrics hi havia la Hippo i la TGF-β.

La trajectòria de desenvolupament de les cèl·lules humanes en els embrions quimèrics

En l’epiblast dels embrions quimèrics trobem cèl·lules humanes en diferents estadis (des d’abans de la implantació fins a la gastrulació). El seu desenvolupament es troba endarrerit respecte de les cèl·lules macaques de l’embrió. De tota manera, hi ha indicis d’una adaptació transcriptòmica de les cèl·lules humanes en els embrions quimèrics, cosa que es manifesta en els perfils d’expressió d’un total de 315 gens. Entre aquests 315 gens trobem vies de senyalització (PI3K-Akt, MAPK, PPAR), així com reguladors (CHD2, POLR2A, RB1).

Biotecnologia de quimeres interespecífiques

La raó d’estudiar cèl·lules pluripotencials humanes en embrions quimèrics és esquivar els problemes ètics de fer-ho en embrions humans. Ara bé, la generació mateixa d’embrions quimèrics humans-animals genera també consideracions ètiques, encara més quan es tracta de l’ús d’embrions de primats. És per aquestes consideracions que Tan et al. focalitzen la seva recerca en embrions quimèrics ex vivo en els primers estadis (<20 dies després de la fertilització in vitro).

Hom parla d’embrions quimèrics en el sentit que en l’embrió receptor s’incorporen hPSCs. D’una banda aquest model forneix la possibilitat d’estudiar aspectes del desenvolupament humà primerenc que, altrament, s’haurien d’estudiar directament en embrions. De l’altra, aquests embrions quimèrics podrien constituir la base per a produir teixits i òrgans humans per a tractaments regeneradors o transplantadors.

Les tècniques de complementació interespecífica de blastocists s’han experimentat en rates i ratolins. Hom ha introduït PSCs de ratolí en blastocists de rata, i PSCs de rata en blastocists de ratolí. El resultat són embrions quimèrics interespecífics.

La capacitat de formar embrions quimèrics interespecífics per complementació de blastocists amb PSCs sembla més o menys proporcional a la proximitat filogenètica de les espècies implicades. Rates i ratolins són rosegadors, amb un ancestre comú de 21 milions d’any d’antiguitat. En canvi, les hPSCs mostren ineficiència en la formació de quimeres en ésser injectades a blastocists de ratolins i de porcs. Els humans pertanyen a ordres diferents a aquestes espècies, i per trobar-hi l’ancestre comú ens hauríem de remuntar més de 90 milions d’anys. Aquestes observacions s’han trobat tant en PSCs induïdes (iPSCs) com en SCs embrionàries (ESCs).

Les barreres xenogeneiques per a la formació d’embrions quimèrics podrien obeir a diferències en el desenvolupament embrionari, que afectarien a diferents processos biològics, com l’adhesió cel·lular, el reconeixement de lligands i receptors, la competició cel·lular, els ritmes del cicle cel·lular i els temps de desenvolupament. Conèixer amb més detall aquestes barreres xenogeneiques és una de les finalitats de l’estudi de Tan et al.

Tan et al. han seleccionat per al seu estudi una línia ben caracteritzada de hEPSC, i l’han fet créixer en condicions propícies (LCDM). Han aprofitat també el fet de poder mantindre ex vivo embrions de Macaca fascicularis fins a 19 dies després de la fertilització. Les hEPSCs donaven lloc en els embrions quimèrics a llinatges cel·lulars de l’epiblast, de l’hipoblast i a cèl·lules mesenquimals extra-embrionàries. En el cas de l’epiblast això seria possible en bona mesura pel fet que el programa de desenvolupament, si més no en aquesta fase, és comú en humans i macacos.

Les dades transcriptòmiques obtingudes en aquest estudi servirien per a dissenyar estratègies de modulació que augmentin la competitivitat de hPSCs per formar quimeres en embrions de ratolí o de porc. Tan et al. són conscients que seran més aviat aquests models, i no pas els primats no-humans, els que s’aplicaran en teràpies regeneratives.

Lligams:

- Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo. Tao Tan, Jun Wu, Chenyang Si, Shaoxing Dai, Youyue Zhang, Nianqin Sun, E Zhang, Honglian Shao, Wei Si, Pengpeng Yang, Hong Wang, Zhenzhen Chen, Ran Zhu, Yu Kang, Reyna Hernandez-Benitez, Llanos Martinez Martinez, Estrella Nuñez Delicado, W. Travis Berggren, May Schwarz, Zongyong Ai, Tianqing Li, Concepcion Rodriguez Esteban, Weizhi Ji, Yuyu Niu, Juan Carlos Izpisua Belmonte. Cell 184: P2020-2032.E14 (2021).

- Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos, dades de seqüències obtingudes en aquest estudi dipositades a NCBI Gene Expression Omnibus.

Els primers resultats de l’experiment Muon g-2 confirmen una discrepància amb el Model Estàndard

Física de partícules: Aquest dimecres 7 d’abril, Kevin Pitts, Aida El-Khadra i Chris Polly presentaven en un seminari especial els primers resultats de l’experiment Muon g-2, que es realitza al Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), a Batavia (Illinois). Aquest experiment explora les interaccions dels muons en un camp magnètic fort en condicions de buit. D’acord amb els resultats, que es presenten en un article a la Physical Review Letters, la mesura del moment magnètic del muó presenta una anomalia respecte del valor derivat del Model Estàndard de la Física de Partícules. Per bé que aquesta anomalia era coneguda (per exemple per l’experiment realitzat al Brookhaven National Laboratory ara fa 20 anys), l’aportació d’aquesta primera fase del Muon g-2 és determinar-la amb una precisió 4,6·10^-10. Augmenta, doncs, el marge de confiança per dir que el Model Estàndard és incomplet, i que els muons interactuarien amb partícules o forces que no hi són incorporades.

En el Model Estàndard de Partícules Elementals, el muó seria l’homòleg de segona generació de l’electró. Comparteix amb l’electró la mateixa càrrega elèctrica (-1) i l’espín (1/2), però té una massa prop de 207 vegades la de l’electró. Amb una semivida de 2·10^-6 segons, els muons a l’atmosfera terrestre es generen per col·lisions amb raigs còsmics.

L’experiment Muon g-2

L’objectiu de l’experiment Muon g-2 és examinar la precessió de muons sotmesos a un camp magnètic. El valor teòric acceptat del factor g és de 2,00233183620(86) i el del moment magnètic anòmal (a^μ) de 0,00116591810(43). En el 2001, el Laboratori de Brookhaven trobà un valor de a^μ superior al rang predit pel model estàndard. Vint anys després, l’experiment Muon g-2 té la capacitat de mesurar la precessió del muó amb una precisió de 1,4·10^-7.

Anell superconductor d’emmagatzematge magnètic de 15 metres de diàmetre, al qual es connecta la línia d’emissió de muons i altres equipaments. L’experiment Muon g-2 es realitza a una temperatura de 5,4 K. Els detectors valoren la precessió experimentada pel corrent de muons com a conseqüència del seu pas a través del camp magnètic.

En el 2013 s’instal·là al Fermilab el component principal de l’experiment de Brookhaven, un anell d’emmagatzemament magnètic superconductor de 15 metres de diàmetre. En els quatre anys següents es realitzen els treballs de muntatge de tots els components de l’experiment, i de calibratge i verificació de la uniformitat del camp magnètic.

La font de muons utilitzada en l’experiment es basa en el mateix principi que genera muons en l’atmosfera terrestre: els impactes hadró-hadró, que produeixen corrents de pions que ràpidament (nanosegons) decauen a muons.

En el 2018 començà l’experiment Muon g-2. En aquesta primera sessió s’analitzaren els moviments de 8·10⁹ muons, cosa que ha requerit la col·laboració de més de 200 científics de 35 institucions diferents. La base de dades sobre el factor g del muó és ingent, superior a tota l’aplegada en experiments anteriors (Brookhaven inclòs). Les dades comunicades aquesta setmana, però, tan sols constitueixen el 6% de totes les dades que es projectes recollir.

La mesura de moment magnètic anòmal muó positiu amb una precisió de 4,6·10^-6

En l’article a Physical Review Letters, B. Abi et al. presenten els resultats a l’anomalia magnètica del muó positiu a_μ. Aquesta anomalia equival a (g_μ)/2, i es determina experimentalment a partir de mesures de precisió de dues freqüències angulars. La diferència ω_a entre la freqüència de precessió d’espín i la freqüència de ciclotró de muons polaritzats en l’anell d’emmagatzematge magnètic és deduïda de la variació d’intensitat entre els positrons d’alta energia que deriven de la desintegració dels muons positius. El camp magnètic de l’anell d’emmagatzematge és mesurat amb sondes de ressonància magnètica nuclear calibrades en termes de la freqüència de precessió d’espín equivalent de protó (ω_p) en una mostra esfèrica d’aigua a una temperatura de 307,9 K. La ratio ω_a/ω_p, juntament amb altres constants fonamentals conegudes, determina un valor d’a_μ de 116592040(54)·10^-11. La precisió d’aquest valor experimental és de 4,6·10^-10.

El resultat preliminar de l’experiment Muon g-2 per a a_μ és 3,3 desviacions estàndards més gran que el valor predit pel model estàndard. Alhora, concorda amb la mesura E821 del Laboratori Nacional de Brookhaven, obtinguda en el 2001

Si hom combina totes les mesures prèvies tant per a antimuons (μ⁺) com per a muons (μ^-), la mitjana experimental de a_μ és de 116592061(41)·10^-11 (precisió de 3,5·10^-10). Com que el valor teòric derivat del model estàndard és de 116591810(43)·10^-11, es fa patent la tensió entre experiment i teoria, que arriba a 4,2 desviacions estàndards.

Mesura i anàlisi del camp magnètic

Factor crític en l’experiment muó g-2 és la uniformitat del camp magnètic aplicat al corrent d’antimuons. En un article a Physical Review Letters A, T. Albahri et al. documenten la mesura del camp magnètic en l’anell d’emmagatzematge de muons. El camp magnètic fou monitoritzat per sistemes i calibrats en termes de la freqüència de precessió de l’espín del protó. La incertesa de ω_p en les dades del primer run experimental seria de 1,14·10^-7, de la qual 5,6·10^-8 es deuria a contribucions de l’extracció, calibratge, mapatge i seguiment, i 9,9·10^-8 a camps transitoris ràpids.

L’obtenció del resultat experimental

En un tercer article, aquesta vegada a Physical Review Letters D, T. Albahri et al. expliquen com l’experiment Muon g-2 ha mesurat la freqüència de precessió anòmala del muó fins a una incertesa estatística de 4,34·10^-7 i una incertesa sistemàtica de 5,6·10^-8. Aquestes dades es recolliren en quatre configuracions de l’anell d’emmagatzematge durant el primer run del 2018. La robustesa de la dada final és examinada a través d’11 determinacions separades de ω_a.

Un test de precisió del model estàndard

Les primeres dades de Muon g-2, doncs, reforcen la tensió ja reportada en el 2001 entre la predicció teòrica del model estàndard i la mesura experimental del moment magnètic del muó. Si la discrepància de l’experiment de Brookhaven era de 2,7 sigmes, la de l’experiment de Fermilab és de 3,3 sigmes. Si agreguem aquests dos experiments i altres realitzats, la discrepància s’eleva a 4,2 sigmes.

Aquesta discrepància podria ser l’efecte de la interacció dels muons amb partícules desconegudes, o una interacció desconeguda amb partícules conegudes. Noves partícules o noves interaccions són sovint argüides per explicar fenòmens com la “matèria fosca” (la part, majoritària, de la matèria gravitatòria de l’univers que no es detectable per interacció electromagnètic). Així doncs, hom ha postulat l’existència de neutrinos estèrils o inerts, que serien neutrinos massius que tan sols interactuarien gravitatòriament (i no a través de les interaccions electromagnètica o nuclear). Una possibilitat explorada teòricament és l’extensió del model estàndard a través de supersimetria.

El moment magnètic d’una partícula és proporcional al seu espín i al seu factor g. El factor g del muó, d’acord amb el model estàndard, seria de 2,00233183620(86), mentre que els resultats experimentals agregats (Brookhaven, Fermilab, etc.) indicarien un factor g de 2,00233184122(82).

En els propers anys hi ha planificats altres experiments que contribuiran a la determinació del factor g del muó, com l’experiment E34 de J-PARC, que mesurarà el moment de dipol elèctric del muó.

Existeixen, a més, altres discrepàncies experimentals, com la ruptura de la universalitat de leptons en desintegracions de bellesa de quarks, en el que la discrepància valorada per l’LHCb seria de 3,1 sigmes.

Lligams:

- Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.46 ppm. B. Abi et al. (Muon g−2 Collaboration). Phys. Rev. Lett. 126 141801 (2021).

- Magnetic-field measurement and analysis for the Muon g−2 Experiment at Fermilab. T. Albahri et al. (The Muon g-2 Collaboration). Phys. Rev. A 103 042208 (2021).

- Measurement of the anomalous precession frequency of the muon in the Fermilab Muon g−2 Experiment. T. Albahri et al. (Muon g-2 Collaboration). Phys. Rev. D 103 072002 (2021).

- Muon’s Escalating Challenge to the Standard Model. Priscilla Cushman. Physics 14 54.

- First results from Fermilab’s Muon g-2 experiment strengthen evidence of new physics, comunicat de premsa de Fermilab.

- Pàgina de l’Experiment Muon g-2 a la web de Fermilab.

Pere Aragonès perd el segon debat d’investidura, i Laura Borràs iniciarà un nou torn de converses amb els grups polítics

Arran del debat d’investidura del passat divendres 26 s’iniciava el compte de dos mesos que té la XIII Legislatura per investir un President de la Generalitat si vol evitar una dissolució automàtica del Parlament de Catalunya, i la convocatòria de noves eleccions.

La primera oportunitat per evitar aquesta dissolució automàtica era el segon ple d’investidura, en el qual el candidat Pere Aragonès només requeria una majoria simple (que ja no havia assolit divendres). Sense que hagin prosperat les negociacions entre el partit d’Aragonès, ERC, i Junts per Catalunya, res no feia presagiar que Aragonès aconseguís aquesta majoria. Així doncs, com és habitual, el segon debat esdevenia un mer tràmit, i això s’ha expressat en una major brevetat respecte del primer. A la intervenció del candidat, s’han seguit sense interrupció la intervenció dels grups i subgrups parlamentaris, la resposta conjunta del candidat i la rèplica dels grups parlamentaris.

Tot el peix era venut, i en la votació s’ha repetit el resultat del primer debat: 42 vots a favor (33 d’ERC i 9 de la CUP), 61 vots en contra (PSC-Units, Vox, ECP, Cs i PP) i 32 abstencions (JxCat).

La presidenta del Parlament, Laura Borràs, ha anunciat que s’iniciarà una nova ronda de consultes amb els representants dels grups polítics, per fer una nova proposta de candidat a la presidència de la Generalitat. Aquesta proposta podria ser, de nou, Pere Aragonès, o qualsevol altre dels 135 diputats. A més d’Aragonès, Salvador Illa ha mostrat repetidament la voluntat de ser candidat a la Presidència de la Generalitat, com a cap de la llista més votada en les eleccions del 14-F.

Els grups d’edat en els rebrots de covid-19: la rellevància d’intervencions no-farmacèutiques entre els adults joves

Epidemiologia: Després d’arribar a un pic de casos actius de covid-19 a final de gener, a començament de març tornava pujar el nombre. Això és un reflex de les pujades i baixades que s’experimenten a les diferents regions del planeta. Ja les vam veure durant el 2020, amb pics tardorals, hivernals, primaverals i estivals. A què obeeixen les pujades o onades epidèmiques de covid-19? Mélodie Monod, Alexandra Blenkinsop, Xi Xiaoyue, Daniel Hebert, Sivan Bershan i Simon Tietze, juntament amb altres membres del Imperial College COVID-19 Response Team, ofereixen una resposta en forma d’un article a la revista Science aparegut la setmana passada. Monod et al. han creat una matriu de contactes infecciosos basada en dades recollides a Europa i a Xina, i l’apliquen als Estats Units. Al principi de la pandèmia, abans de l’adopció d’intervencions no-farmacèutiques, els contagis s’havien concentrat entre persones de la mateixa edat, amb també un nombre de contagis entre infants i els llurs pares, i entre gent gran i adults de mitjana edat. El rebrot iniciat als Estats Units a mitjan agost, en el context de mesures massives de prevenció, fou mediat per un patró de contactes diferent, força centrat entre joves adults (de 20 a 49 anys), i només en segon terme la reobertura presencial de les escoles hi hauria tingut un paper. Fou més aviat la represa laboral la que promogué el rebrot de final d’estiu. Monod et al. basen les seves conclusions en dades detallades de telefonia mòbil de més de 10 milions d’individus dels Estats Units. A data de 29 d’octubre del 2020, als Estats Units els únics grups d’edat que havien mostrat nombres de reproducció consistentment superiors a 1 era els joves adults de 20 a 34 anys, i els adults de 35 a 49. Aquesta transmissió s’associaria a l’augment de la mobilitat durant l’estiu. Abans de l’inici de l’escola, el 75% de les infeccions per SARS-CoV-2 s’originaven d’adults de 20 a 49 anys, i d’aquest grup els més joves (20-34 anys) mostraven una major heterogeneïtat geogràfica. Amb l’obertura de les escoles hi hagué un desplaçament relativament modest cap a contagis entre més joves, però fins i tot llavors tan sols el 5% de les transmissions eren atribuïbles a infants de 0-9 anys, i un 10% a joves de 10-19 anys. L’obertura de les escoles, de tota manera, s’associaria a un augment del 26% en la transmissió de SARS-CoV-2, degut a que les infeccions en infants i adolescents passaven després als pares, que les difonien de manera efectiva. Monod et al. conclouen que la vaccinació massiva d’adults entre 20 i 49 anys seria una mesura essencial per controlar la pandèmia de covid-19, encara que això podria ser insuficient si els vaccins no tenen prou potència com per blocar la transmissió del virus, o si emergeixen noves variants de SARS-CoV-2 que siguin més transmissibles.

Model per a l’estimació de la contribució de cada grup d’edat al rebrot de covid-19 als Estats Units que arrencà a mitjan d’agost del 2020. En octubre del 2020, el 65% de les infeccions de SARS-CoV-2 s’originaven d’individus de 20 a 49 anys.

Les onades de covid-19

El mes de març del 2020, es declarava la covid-19 com a pandèmia. En els diferents països més afectats s’implementaven intervencions no-farmacèutiques a gran escala. “Hem vençut al virus”, deia setmanes després el president del Govern d’Espanya, Pedro Sánchez. Malgrat que durant els mesos d’abril i de maig, la transmissió del virus queia globalment, el cert és que a partir de mitjan mes de juny la incidència diària de casos tornà a pujar tant a Europa com als Estats Units. Començava la “segona onada”.

En aquesta “segona onada”, als Estats Units, hom posà de manifest que el grup d’edat de 20 a 29 anys era el que experimentava un creixement més fort de casos. Però es fa de mal comparar la “segona onada” amb la “primera onada”. La intensitat diagnòstica de la segona onada era més elevada, i segurament molts casos asimptomàtics de persones joves van passar sense registrar durant la “primera onada”.

En la segona onada hom també tenia ja molt més clar que la dispersió del SARS-CoV-2 es fa principalment a través d’un contacte estret persona a persona. La natura d’aquests contactes havia canviat arran de les mesures de prevenció adoptades per les autoritats o assumides espontàniament per la ciutadania. Ja en el mes d’abril, el Berkeley Interpersonal Contact Study, havia remarcat que el nombre de contactes diaris del nord-americà mitjà havia caigut a 4 o menys de 4. A la Xina, on les mesures de distanciament social havien començat en el mes de gener, els infants i joves en edat escolar pràcticament no tenien contacte entre ells, i també havien reduït la intensitat de contacte amb persones més grans.

Les dades de telefonia mòbil com a indicadors de mobilitat

Monod et al. han compilat una sèrie de dades agregades de mobilitat a nivell d’Estats Units a través dels mòbils de 10 milions individus, gràcies a la tecnologia de localització de Foursquare, Pilgrim. Pilgrim calcula l’hora i durada de visites d’usuaris a botigues, parcs, universitats, etc. Les dades es poden desagregar per l’edat de l’usuari. Així doncs, se separen en els grups d’edat de 18-24, 25-34, 45-54, 55-64 i majors de 65 anys. Geogràficament es consideren 38 estats i 2 àrees metropolitanes (el Districte de Colúmbia i la Ciutat de Nova York) dels Estats Units. Com a línia de base utilitzen el període de 3-9 de febrer del 2020.

Caiguda i recuperació de la mobilitat arran de la declaració de la covid-19 com a pandèmia als Estats Units. La mobilitat de joves de 18-24 anys fou la que caigué més fortament en el mes de març. A data de 28 d’octubre del 2020, la recuperació de la mobilitat entre adults menors de 35 anys no era pas superior a la dels majors de 35.

Un model bayesià per a reconstruir els patrons de contacte humà i de transmissió de SARS-CoV-2

Abans de la pandèmia, la intensitat de contacte entre infants i adolescents en edat escolar era inferior en els caps de setmana, quan alhora la intensitat de contacte intergeneracional era superior. Quan el mes d’agost del 2020, reobriren les escoles hi hagué un canvi en els contactes experimentats pels infants i adolescents en edat escolar.

En la darrera setmana d’octubre del 2020, el nombre de reproducció estimat de la infecció per SARS-CoV-2 era d’1,39 entre els individus de 35 a 49 anys. Aquest nombre era superior al dels individus entre 20 i 34 anys (1,29). Els altres grups d’edat (de 10 a 19, i de 50 a 64) tenien un nombre de reproducció proper a 1.

Aquesta distribució per grups d’edat dels nombres de reproducció s’havia anat mantenint durant la segona onada. Cal pensar, que els adults de 20 a 49 anys són els que tenen més contacte amb altres adults majors de 20 anys. Alhora, els menors de 20 anys, com indiquen les dades epidemiològiques, són menys susceptibles d’infecció per SARS-CoV-2. Des de l’abril del 2020, la mobilitat dels adults havia anat en augment.

En estats com Arizona, Florida o Texas, s’observa una transmissió sostinguda a partir de joves adults (20-34 anys) entre maig i juny. En canvi, en estats com Colorado, Illinois o Wisconsin, aquesta transmissió sostinguda apareix a partit del mes d’agost.

Grups d’edat i transmissió del SARS-CoV-2

Fins a mitjan agost, el 41% de les transmissions de SARS-CoV-2 eren atribuïble al grup d’edat de 35 a 49 anys, el 35% al de 20-34 anys, el 15% al de 50-64, el 4% al de 10-19, el 2,5% al de 65-79 anys, el 2,1% al de 0-9, i el 0,3% al de majors de 80 anys.

Entre agost i octubre del 2020, s’aixecaren els tancaments d’escola a gairebé totes les localitats dels Estats Units incloses en aquest estudi. De tota manera, el nombre reproductiu entre els infants de 0-9 anys es mantingué per sota d’1 (0,52 de mitjana), així com el d’adolescents de 10-19 anys (0,73 de mitjana). Les infeccions atribuïbles a aquests grups d’edat augmentaren, però d’una forma més modesta si ho comparem amb l’impacte que l’inici del curs escolar té sobre els casos de grip. L’efecte de l’obertura de les escoles (augment del 25,7% de la incidència de covid-19) fou mediat no tant pels alumnes sinó pels seus pares.

La vaccinació massiva dels adults de 20-49 anys, si els vaccins són capaços de blocar la transmissió, podria ser, doncs, cabdal per controlar la covid-19.

Lligams:

- Age groups that sustain resurging COVID-19 epidemics in the United States. Mélodie Monod, Alexandra Blenkinsop, Xiaoyue Xi, Daniel Hebert, Sivan Bershan, Simon Tietze, Marc Baguelin, Valerie C. Bradley, Yu Chen, Helen Coupland, Sarah Filippi, Jonathan Ish-Horowicz, Martin McManus, Thomas Mellan, Axel Gandy, Michael Hutchinson, H. Juliette T. Unwin, Sabine L. van Elsland, Michaela A. C. Vollmer, Sebastian Weber, Harrison Zhu, Anne Bezancon, Neil M. Ferguson, Swapnil Mishra, Seth Flaxman, Samir Bhatt, Oliver Ratmann, on behalf of the Imperial College COVID-19 Response Team.

La singularitat genètica basca a la llum de 629.000 variants

Genètica humana: André Flores-Bello i David Comas, del Departament de Ciències de la Salut i de la Vida i de l’Institut de Biologia Evolutiva de la Universitat Pompeu Fabra, han impulsat una recerca sobre l’estructura genètica de la població basca, que apareix en forma d’article a Current Biology. Certament, en les darreres dècades, el poble basc, les poblacions del Pirineu Occidental i les de la regió del Golf Biscaia en general, han estat objecte d’una intensa recerca en la que s’han fet servir successivament les eines que la biologia molecular prestava a l’efecte. Aquestes dades eren lligades a elements culturals i lingüístics. No debades, el basc o euskara és l’única llengua no-indo-europea supervivent a l’Europa Occidental. Si fa unes dècades aquest isolament s’associava a particularitats de trets mendelians com el grup sanguini Rh, Flores-Bello et al. han pogut recórrer ara a un total de 629.000 variants escampades per tot el genoma. Amb elles han analitzat 1970 mostres modernes i antigues, entre les que hi han afegit 190 de noves de 18 localitats de l’àrea basca. Combinant freqüència al·lèlica i mètodes d’haplotip, cobreixen amb aquesta informació tota la regió Franco-Cantàbrica. Els resultats indiquen una clara diferenciació dels bascos de les poblacions del voltant, en la qual les poblacions no-bascòfones de la Regió Franco-Cantàbrica ocuparien una posició intermèdia. Alhora, hi ha una forta heterogeneïtat genètica entre els bascos, que presenta una correlació significativa amb la geografia. Quin és l’origen de la diferenciació basca? Segons Flores-Bello et al. no es deuria a un origen extern a la de la resta de poblacions de la Península Ibèrica i de l’Europa sud-occidental en general, sinó que arrencaria a partir de l’Edat del Ferro. L’àrea basca presentaria trets de continuïtat gràcies a períodes de relatiu d’aïllament. Pels autors de l’estudi, entre ells Jasone Salaberria i Bernard Oyharçabal del Centre de Recerca sobre la Llengua i els Textos Bascos, de Baiona, la barrera lingüística hauria reforçat la barrera geogràfica.

El Bidasoa separa Guipúscoa de Lapurdi, els dos herrialdes centrals del País Basc

Els bascos i la regió franco-cantàbrica

Aquesta recerca fou dissenyada i realitzada per André Flores-Bello i David Comas. Frédéric Bauduer (del Laboratoire PACEA), Jasone Salaberria i Bernard Oyharçabal (del Centre de Recherche sur la Langue et les Textes Basques, del CNRS) recolliren i aportaren les dades biològiques i etno-lingüístiques. Flores-Bello processà i analitzà les dades. Flores-Bello, Francesc Calafell (de l’Institut de Biologia Evolutiva del CSIC i de la UPF), Jaume Bertranpetit (IBE), Lluis Quintana-Murci (de la Unitat de Genètica Evolutiva Humana de l’Institut Pasteur, de Paris) i Comas contribuïren a la interpretació de resultats. Flores-Bello i Comas redactaren l’article. Com a autor corresponsal, Comas trameté l’article a Current Biology el 23 de desembre del 2020. Després d’una revisió, tramesa el 22 de febrer, l’article fou acceptat el 2 de març, i publicat el dia 25.

Els autors tenen paraules d’agraïment per a tots els voluntaris que acceptaren de participar en l’estudi. La recerca fou finançada amb un projecte del Ministeri espanyol de Ciència, Innovació i Universitat, i de l’Agència Estatal d’Investigació. Flores-Bello té el suport d’una beca de la Generalitat de Catalunya. El mostreig es realitzà en el marc del projecte HIPVAL (d’història de les poblacions i variació lingüística dels Pirineus de l’Oest), finançat pel Consell Regional d’Aquitània, el Consell General dels Pirineus Atlàntics, el Consell d’Electes del País Basc, el CNRS, l’OHLL i l’Association Sang 64. Els autors esmenten especialment la col·laboració d’Estibaliz Montoya, David Basterot, Tristan Carrère, Mònica Vallés i Stéphanie Plaza en l’aplegament de mostres.

Sota la denominació de “regió franco-cantàbrica” hom aplega les terres creuades per la part occidental del Pirineu i la part oriental de la Serralada Cantàbrica. L’adjectiu “franco-cantàbric” s’ha aplicat especialment a un estil de pintura rupestre. “L’art franco-cantàbric” es desenvolupà un el darrer màxim glacial, entre fa 26.000 i 19.000 anys, quan la regió era una de les més densament poblades d’Europa. En el centre de la regió trobem els sis territoris, Bizkaia, Araba, Gipuzkoa, Nafarroa, Zuberoa i Lapurdi, que constitueixen Euskal Herria o el País Basc. El tret d’entrada més visible de la particularitat basca és l’euskara, amb cinc variants principals, el biscaí, el guipuscoà, l’alt-navarrès, el labortà i el suletí. L’euskara no és pas una llengua indo-europea, i de fet constitueix un isolat sense cap relació estreta amb cap llengua coneguda. En els darrers segles, l’àrea de llengua basca ha reculat davant l’avenç de les llengües romàniques. La revitalització de la llengua basca ha depès en bona mesura, a partir dels anys 1980, del desenvolupament d’una forma unificada (batua).

L’àrea basca i peribasca

En el 1945, Miguel Ángel Etcheverry posà de manifest l’alta freqüència del grup sanguini Rh negatiu entre la població d’origen basca. Els grups sanguinis eren, llavors, entre els poquíssims caràcters d’herència mendeliana coneguts entre humans. Amb els anys s’identificaren altres marcadors genètics, i hom pogué constatar una diferenciació considerable dels bascos respecte de la resta de poblacions europees. L’antropologia basca, que hi havia aplegat des de final del segle XIX, una considerable informació lingüística, arqueològica i cultural, ho interpretà en el sentit que la població basca era descendent d’una població antiga que havia romàs isolada a la regió.

Amb l’addició de nous marcadors genètics es feren nous estudis. Mentre alguns confirmaven la diferenciació basca, d’altres la difuminaven en un context europeu força homogeni. Estudis basats en marcadors matrilinials (genoma mitocondrial) o patrilinials (cromosoma Y) semblaven suggerir que els bascos representarien grups europeus pre-neolítics que, refugiats a la regió franco-cantàbrica durant el darrer màxim glacial, resistiren relativament isolats les aportacions ulteriors. D’altres estudis, contràriament, indicaven que la regió franco-cantàbrica no havia estat particularment aliena a les migracions neolítiques. Això convidà a traslladar l’isolament basc de l’època neolítica a una època post-neolítica: la regió franco-cantàbrica no hauria rebut les aportacions associades a l’expansió romana (a partir del segle II a.C.) o a l’expansió sarraïna (a partir del segle VIII d.C.).

En paral·lel, estudis genètics també remarcaven l’heterogeneïtat interna dels bascos. Si la singularitat havia estat associada a la distintivitat de la llengua basca, l’heterogeneïtat interna s’associava a la distintivitat de les diferents llengües basques.

Flores-Bello et al. consideren que un estudi basat en un gran nombre de marcadors genètics, representatiu de tot el genoma, pot superar els biaixos associats als estudis genètics clàssics. També és rellevant comptar amb una sèrie de mostres que siguin representatives de tota la regió basca i de les regions peri-basques, i que la informació genètica resultant siguin interpretada en coordinació amb la informació etno-lingüística (la qual, alhora, ha d’haver informat la selecció de mostres).

La diferenciació basca en el context euromediterrani

Flores-Bello et al. utilitzen una base de dades de l’Euràsia Occidental i de l’Àfrica Septentrional per fer-hi una anàlisi de components principals. Les mostres basques, en aquesta anàlisi, cauen en l’extrem oposat a les mostres de l’Àfrica del Nord, en la perifèria de les mostres d’Europa:

Els grups peri-bascos, gascons i espanyols, ocupen posicions intermèdies entre els bascos i el gros dels europeus. Entre els bascos es detecten dos components, un de principal present també a les mostres europees i de menor freqüència a la regió mediterrània asiàtica i africana, i un de menor que troba a alta freqüència a l’Europa Central i Oriental.

Amb les anàlisis basades en haplotip del programari fineSTRUCTURE és possible identificar l’estructura d’aquesta diferenciació. Els grups bascos cauen dins de la branca europea com a grup diferenciat. Els grups peri-bascos formen una altra branca específica, excepte els càntabres que cauen en un grup amb altres mostres espanyoles. Amb el programari GLOBETROTTER és possible identificar entre els grups peri-bascos esdeveniments de barreja datables entre els segles XI i XVI.

L’anàlisi d’homozigositat indica que els bascos presenten en termes de nombre (NROH) i de longitud (SROH) uns valors més elevats fins i tot que els sards (una altra població europea diferenciada). Aquesta homozigositat és comuna entre els grups aïllats, i s’associa també amb una mida de població efectiva baixa i estable. En els grups externs als bascos, aquesta mida efectiva experimenta una forta pujada fa unes 1000 generacions.

Processos demogràfics posteriors a l’Edat del Ferro expliquen la particularita genètica basca

Amb la inclusió de mostres antigues, Flores-Bello et al. poden afinar en la cronologia dels processos que han conduït a la singularitat genètica basca. Així, l’anàlisi de components principals de mostres antigues situa als bascos a prop de caçadors-recol·lectors pre-neolítics i d’agricultors europeus neolítics, així com també de pastors d’estepa post-neolítics. Bascos i peri-bascos, però, es trobarien entre els grups amb menys proporció de components neolítics procedents d’Orient Mitjà, encara que sí tindrien una proporció notable d’aportació neolítica anatòlia-europea. Tot plegat, condueix a Flores-Bello et al. a descartar que la singularitat genètica basca derivi de l’època paleolítica o del neolític primer.

Així doncs, la singularitat caldria trobar-la en processos demogràfics posteriors a l’Edat del Ferro, particularment en els períodes romà i islàmic. Les mostres antigues de l’Edat del Ferro de la Península Ibèrica, anteriors a l’arribada dels romans, explicarien força les dades que hom troba entre els bascos en l’actualitat. La petjada genètica romana a Hispània augmenta com més ens allunyem de la regió franco-cantàbrica.

Influència ancestral relacionada amb l’edat del ferro, la conquesta romana i la conquesta nord-africana sobre la Península Ibèrica i àrees adjacents

L’heterogeneïtat interna basca

Flores-Bello et al. comparen les poblacions basca i catalana pel que fa a l’estructuració genètica interna. En els catalans no hi troben cap estructura geogràfica comparable a la que hom troba entre els bascos i els peri-bascos. Així doncs, pot diferenciar-se entre els grups franco-cantàbrics quatre components ancestrals: 1) un d’extern; 2) un de relacionat amb els bascos orientals; 3) un de relacionat amb els bascos centrals (guipuscoans) i 4) un de relacionat amb els bascos occidentals (biscaïns).

Genètica i llengua

La distintivitat genètica basca seria el resultat d’un isolament genètic en la història recent (els darrers dos o tres mil·lennis). Els grups peri-bascos actuarien de zona intermèdia en aquest isolament, i sí haurien rebut aportacions externes considerables des de l’època medieval. Així doncs, els bascos no tindrien un origen diferent al de la resta de poblacions peninsulars, sinó que no haurien rebut amb tanta intensitat els fluxos genètics ulteriors a l’Edat del Ferro.

Les dades arqueològiques i històriques semblen assenyalar en la mateixa direcció. Per bé que la regió franco-cantàbrica fou incorporada a l’Imperi Romà, l’impacte sobre les terres basques es limità sobretot a les zones meridionals.

Flores-Bello et al. consideren que l’euskara hauria estat un dels principals factors per impedir fluxos genètics elevats després de l’Edat del Ferro. Això seria especialment cert arran de la romanització de la major part d’Hispània.

Dins de les regions basques, l’occidental seria la que hauria rebut un flux gènic més considerable, associat també amb un major retrocés de la llengua basca.

Lligams:

- Genetic origins, singularity, and heterogeneity of Basques. André Flores-Bello, Frédéric Bauduer, Jasone Salaberria, Bernard Oyharçabal, Francesc Calafell, Jaume Bertranpetit, Lluis Quintana-Murci, David Comas. Current Biology (2021).

Fluctuacions angulars en el camp galàctic de desplaçament al vermell com a observable cosmològic

Cosmologia: En una lletra a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Carlos Hernández-Monteagudo, Jonás Chaves-Montero i Raúl E. Angulo proposen l’ús de fluctuacions angulars en el camp de desplaçament al vermell de l’espectre de galàxies com a font d’informació cosmològica del nostre univers. Es tracta d’utilitzar δz(n̂), que consisteix en les estatístiques de mapes del cel de projeccions de desplaçaments al vermell sota una finestra gaussiana σ_z centrada en un desplaçament al vermell z_obs i ponderada pel camp de densitat galàctica. Els tres autors computen l’espectre de potència angular del camp δz(n̂) en simulacions numèriques i en teoria de pertorbació lineal, i conclouen que el camp és sensible a la densitat subjacents i als camps de velocitat peculiar. Com que per a finestres estretes (σ_z < 0,3) no hi ha pràcticament correlació amb el camp de densitat angular galàctica projectada, i no es veu afectat pels errors sistemàtics del nombre observat de galàxies que hi tenen un desplaçament al vermell independent, conclouen que δz(n̂) és una mesura tomogràfica simple i robusta de la densitat i dels camps de velocitat còsmics. Complementada amb l’agregació angular, aquesta observable ajudaria a completar els projectes actuals d’exploració dels desplaçament al vermell de les galàxies del nostre univers.

Sensibilitat del contrast de densitat galàctica bidimensional (línia negra) i de les fluctuacions angulars de desplaçament al vermell (línia vermella).

El desplaçament al vermell de l’espectre electromagnètic d’objectes còsmics

Carlos Hernández-Monteagudo és membre del Centro de Estudios de Física del Cosmos de Aragón (CEFCA), unitat associada al CSIC amb seu a Teruel, així com del Instituto de Astrofísica de Canarias, amb seu a La Laguna (Tenerife), i al Departament d’Astrofísica de la Universidad de La Laguna.

Jonás Chaves-Montero és membre de la HEP Division de l’Argonne National Laboratory, amb seu a Lemont (Illinois).

Raúl Angulo és membre de Centre de Física Internacional de Donostia (DIPC) i l’Ikerbasque.

En el decurs d’aquesta recerca discutiren amb Giovanni Aricò, Guillaume Hurier, Eiichiro Komatsu i Jordi Miralda Escudé. Comptaren amb el finançament del Ministeri espanyol de Ciència, Innovació i Universitats (AYA2015-66211-C2-2 i PGC2018-097585-B-C21), i del projecte Marie CurieCIG9-GA-2011-294183, així com de l’European Research Council (ERC-StG/716151 d’Angulo). Utilitzaren el sistema de computació científica d’alta capacitat del CEFCA, i el programari healpix. Hernández-Monteagudo trameté l’article el 10 d’agost del 2020. Després d’una revisió enviada el 28 de setembre, l’article fou acceptat l’endemà, i publicat el passat 25 de març per tal de poder entrar al número de maig de “Monthly Notices”.

L’espectre electromagnètic dels objectes còsmics, com de qualsevol objecte, es caracteritza per unes línies espectrals (d’emissió o d’absorció), que depenen dels components que l’integren. Les velocitats radials dels objectes, és a dir la velocitat amb la qual s’acosten o s’allunyen de l’observador, comporten, per l’efecte Doppler, un desplaçament. En objectes que s’hi acosten, el desplaçament de les línies espectrals es realitza cap a la banda de l’espectre més energètic (de menor longitud d’ona) i, si ens fixem únicament en la part visible de l’espectre, hom pot parlar d’un “desplaçament al blau”. En objectes que s’hi allunyen, en canvi, el desplaçament de les línies espectrals es fa cap a la banda menys energètic (de major longitud d’ona), o sigui, en correspondència, hi ha un “desplaçament al vermell”.

Fa uns cent anys, Edwin Hubble trobà que les galàxies o nebulae, per norma general, presenten un desplaçament al vermell de línies de l’espectre electromagnètic. Vers el 1929, Hubble remarcà que el desplaçament al vermell de cada galàxia es correlacionava amb la seva distància (determinada a través de la magnitud relativa d’estels variables cefeids). Dit d’una altra manera, com més lluny de nosaltres és una galàxia, major és la velocitat amb la qual s’allunya de nosaltres. L’univers s’expandeix.

L’observació de Hubble havia anat en paral·lel amb el desenvolupament de models cosmològics dinàmics que partien de la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein (1917). El 1922, Alexander Friedmann havia presentat un d’aquests models cosmològics, i Georges Lemaître, en el 1927, havia suggerit un univers en expansió.

Amb el “flux de Hubble”, Lemaître disposava d’un observable cosmològic, i el 1931, deduïa que l’origen de l’univers havia estat un estadi inicial de màxima densitat i màxima temperatura. Per als astrònoms, el “desplaçament al vermell” podia servir per fer una estimació de la distància a la qual es trobava una galàxia.

En aquesta visió, el desplaçament al vermell dels espectres d’objectes extragalàctics és una expressió de l’expansió de l’univers. El 1987, Nick Kaiser es fixà en les distorsions en el desplaçament al vermell que s’apartaven d’aquesta expansió. Aquestes distorsions (RSD, en l’acrònim anglès) obeirien a moviments peculiars de galàxies, motivats per l’existència de camps gravitatoris locals especialment potents. El 2001, John Peacock emprà mesures de RSD com a observable cosmològic, és a dir com una font d’informació sobre el contingut i distribució de matèria gravitatòria en l’univers i, complementàriament, sobre la pròpia gravitació universal.

L’observable cosmològic que fomentà l’acceptació del “Big Bang” de Lemaître fou la radiació còsmica de microones (CMB en l’acrònim anglès). La combinació de RSD i CMB, des de la primera dècada del segle XXI, ha estat explotada per mesurar els fluxos materials a gran escala.

A banda de l’univers en expansió, la teoria general de la relativitat té altres conseqüències, com ara l’impacte dels camps gravitatoris tant de la font d’emissió electromagnètic com del receptor. En el 1967, fou enunciat el que ara és coneix com a efecte integrat Sachs-Wolfe (ISW en l’acrònim anglès). Durant la passada dècada, hom començà a aprofitar els desplaçaments al vermell de galàxies per mesurar els “pous gravitatoris” de cúmuls galàctics.

Aquestes línies de recerca depenen de l’obtenció de dades massives del desplaçament al vermell de galàxies a través de fotometria d’espectres i de multibandes. Si el CMB és estudiat com un camp, Hernández-Monteagudo et al. proposen fer el mateix amb el desplaçament al vermell. Les anisotropies en el desplaçament al vermell de les galàxies ofereixen informació cosmològica sobre l’evolució, la gravitació i l’estructura a gran escala de l’univers.

Considerar les fluctuacions angulars de desplaçament al vermell d’acord amb la densitat de galàxies

Hernández-Monteagudo et al. consideren les fluctuacions o anisotropies del camp de desplaçament al vermell ponderades per la densitat galàctica. Per a cada punt, es registra un desplaçament al vermell (z_obs), i s’obre una finestra gaussiana: hom agrega les diferències entre la z_obs) i la z_j de cadascuna de les galàxies que hi entren; i la ponderació es fa per la densitat de galàxies existents en la finestra.

Si hom abstrau el desplaçament al vermell induït pel flux de Hubble, que obeeix a la distància comovent r de cada galàxia, hom pot deduir la velocitat pròpia peculiar de cada galàxia, és a dir el seu desplaçament al blau (si s’acosta a nosaltres) o el desplaçament al vermell (si s’hi allunya).

El nombre de galàxies de la finestra, a diferents distàncies (estimades pel desplaçament al vermell fent correcció de les velocitats peculiars), informa alhora de la densitat de matèria total.

En aquestes estimacions, hom assum un univers isotròpic i pla. En futurs treballs, Hernández-Monteagudo et al. tenen la intenció de fer-hi correccions relativístiques sobre la descripció newtoniana que hi apliquen.

La comparació amb els resultats de simulacions cosmològiques

Hernández-Monteagudo et al. comparen les llurs expressions analítiques amb els resultats de simulacions cosmològiques d’acceleració lagrangiana comovent. L’acord és bo, per bé que a escala petita s’evidencien efectes no-lineals.

El camp δz(n̂) és sensible a velocitats peculiars i al creixement d’estructura. Com a σ_z seleccionen 0,01, i com a k_max 0,15 hMpc^-1. Per a cada coordenada del cel i cada desplaçament al vermell, δz(n̂) ofereix un valor. Hernández-Monteagudo et al. presenten prediccions de primer ordre en la teoria de pertorbació lineal (LPT en l’escenari ΛCDM, però també hi cabrien eventualment correccions de LPT d’ordre superior que incloguessin efectes relativístics o modificacions de la teoria de la gravetat.

Es pot emprar δz(n̂) per obtindre paràmetres cosmològics a partir de les observacions de BOSS de galàxies vermelles lluminoses i quàsars, o de les observacions espectrofotomètriques de J-PAS. L’aplicació del camp δz(n̂) sobre els mapes de CMB permetria l’estudi de l’efecte Sunyaev-Zeldovich cinètic per a qualsevol z. Així doncs, el camp δz(n̂) oferiria una visió directa de la distribució d’inhomogeneïtats de matèria per a qualsevol època cosmològica. Com que no es requereix una conversió de z observada a distància, també s’hi podrien detectar desviacions del model cosmològic estàndard.

Lligams:

- Density weighted angular redshift fluctuations: a new cosmological observable. Carlos Hernández-Monteagudo, Jonás Chaves-Montero, Raúl E Angulo. Monthly Notices of the Royal Astronomical Societty: Letters 503 L56-L61 (2021).

Pere Aragonès, primer debat d’investidura: 42 vots a favor i 61 vots en contra

Arran de la proposta de Laura Borràs (Junts), Presidenta del Parlament, de presentar al Ple la candidatura de Pere Aragonès (ERC) avui se celebra el debat del programa i votació d’investidura corresponent.

Després de la intervenció del candidat Pere Aragonès, han seguit els torns de Salvador Illa (Grup Parlamentari Socialistes i Units per Avançar), Albert Batet (GP de Junts per Catalunya), Ignacio Garriga (GP de Vox), Dolors Sabater i Laia Estrada (GP de la Candidatura d’Unitat Popular-Un nou cicle per Guanyar), Jéssica Albiach (GP d’En Comú Podem), Carlos Carrizosa (GP de Ciutadans), Alejandro Fernández (PP) i Marta Vilalta (ERC).

En el decurs del debat, Junts per Catalunya, que ha anunciat l’abstenció, ha demanat a Pere Aragonès que no faci ús del segon debat previst a 48 hores, i que s’assegui a negociar un govern de coalició entre ERC i Junts.

El resultat de la votació final ha estat clar. Pere Aragonès ha rebut tan sols 42 vots a favor (els 33 d’ERC i els 9 de la CUP), mentre que 61 diputats hi han votat en contra (PSC-Units, Vox, ECP, Cs i PP). Hi ha hagut 32 abstencions (JxCat).

En aquest debat, Aragonès necessitava 68 vots, i s’ha quedat a 26 d’aconseguir-ho. Ni tan sols ha assolit la majoria simple, que és la que requerirà en el segon debat d’investidura. Aquest segon debat se substanciarà en el Ple de divendres 30, a partir de les 10h.

Pere Aragonès, candidat a la presidència de la Generalitat de Catalunya

Després de reunir-se amb Alejandro Fernández (del Partit Popular de Catalunya, el dimarts 23 a les 12h), amb Carlos Carrizosa (de Ciutadans, el dimarts a les 12h30), amb Jéssica Albiach (d’En Comú Podem, el dimarts a les 13h), amb Dolors Sabater (de la Candidatura d’Unitat Popular, el dimarts a les 16h), amb Ignacio Garriga (de Vox, avui a les 8h30), amb Albert Batet i Gemma Geis (de Junts per Catalunya, avui a les 10h30), amb Josep Maria Jové i Marta Vilalta (de l’Esquerra Republicana de Catalunya, avui a les 11h) i amb Salvador Illa (del Partit dels Socialistes de Catalunya, avui a les 13h30), la presidenta del Parlament de Catalunya, Laura Borràs ha comunicat a dos quarts de tres de la tarda la decisió de proposar al Ple la candidatura de Pere Aragonès, líder d’ERC, com a futur president de la Generalitat de Catalunya. Aragonès, vicepresident en l’anterior legislatura, exerceix des del cessament de Quim Torra, les funcions de president de la Generalitat.

El Ple d’investidura tindrà lloc aquest divendres. Aragonès té el suport segur d’ERC. Quant a la CUP, s’hi ha arribat a un acord d’investidura que espera la ratificació del representants de la militància. Pel que fa a Junts no s’ha tancat un acord, i podrien optar els seus diputats per abstindre’s el proper divendres. La resta de formacions polítiques votaran probablement no a la investidura d’Aragonès. En aquest sentit, el PSC insisteix en la candidatura de Salvador Illa, i Comuns no vol que Junts sigui al govern d’Aragonès. Vox, Cs i PP han dit que no donaran suport ni a la investidura d’Aragonès ni a la d’Illa. Així doncs, la investidura d’Aragonès requereix del suport de Junts i CUP per tirar endavant.

La família Baselga Garriga aplega fons per a la recerca sobre la malaltia de Creutzfeldt-Jakob

Poques hores després de comunicar la mort de l’oncòleg Josep Baselga, la seva família iniciava una campanya per recollir fons per la investigació sobre la malaltia de Creutzfeldt-Jakob, el trastorn neurodegeneratiu que en qüestió de setmanes el fulminà. El mateix diagnòstic de la malaltia ja els havia colpit, car és sabut que és invariablement letal en curs de setmanes o mesos.

Aquesta malaltia fou descrita per primera vegada en el 1920, de manera independent, pels neuròlegs Hans Gerhard Creutzfeldt (1885-1964) i Alfons Maria Jakob (1884-1931). És una malaltia rara, amb una incidència anual d’un cas per cada milió d’habitants. De tota manera, és la més freqüent de les encefalopaties espongiformes transmissibles (TSEs), caracteritzades per lesions neurològiques recognoscibles per electroencefalografia i ressonància magnètica, i per la histopatologia de biòpsies o necròpsies de teixit cerebral. La hipòtesi més acceptada sobre la causa de les TSEs consisteix en veure-les com una proteïnopatia, concretament per una acumulació de la proteïna PrP. Aquesta acumulació es deu a una conformació d’aquesta proteïna PrP^Res que té la capacitat de replicar-se, quan la proteïna alterada interacciona amb la proteïna homòloga amb conformació cel·lular habitual (PrP^c). D’aquesta manera, la transmissibilitat seria deguda a un “agent proteic infecciós” o prió. La primera encefalopatia espongiforme humana identificada com a malaltia priònica fou el kuru, entre els pobles Fore de Papua Nova Guinea, deguda a un mecanisme de transmissió associats amb la pràctica del canibalisme funerari. Altres encefalopaties espongiformes humanes són degudes a mutacions del gen PRNP: la síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) o l’insomni familiar fatal (FFI).

També s’han descrit encefalopaties espongiformes en ovelles i cabres (scrapie), en visons (encefalopatia transmissible del visó), en cèrvids (malaltia de desgast crònic, CWD), en bovins (encefalopatia espongiforme bovina o malaltia de la vaca boja, BVE), en gats (encefalopatia espongiforme felina, FSE), en antilops (encefalopatia d’ungulats exòtics, EUE) i en camells (encefalopatia espongiforme de camells, CSE). En tots aquests casos la base es troba a la mateixa proteïna PrP, i a una alteració semblant de plegament.

Hom ha descrit en Saccharomyces cerevisiae i altres fongs, prions associats a altres gens (PSI+, URE3, PIN+, RNQ+). En humans, però, també s’ha postulat la possibilitat que prions del gen PRNP o d’altres gens tinguin un rol en la malaltia d’Alzheimer, la malaltia de Parkinson o l’esclerosi lateral amiotròfica. Hom ha hipotetitzat que l’alfa-sinucleïna es comporti com un prió en casos d’atrofia sistèmica múltiple (MSA).

Tanmateix, l’etiologia de la malaltia de Creutzfeldt-Jakob (CJD) és poc clara. Tan sols en un 10-15% dels casos s’identifiquen mutacions del gen PRNP, que indicarien un origen genètic i una predisposició familiar (CJD familiar). En un nombre encara inferior de casos, es pot atribuir el CJD a una transmissió iatrogènica, particularment arran d’una cirurgia de sistema nerviós. I encara més rarament, el CJD es pot atribuir al consum de productes bovins contaminats amb PrP^BSE.

En el cas de Baselga, com en el 85% de casos de CJD, hom seria davant d’un cas esporàdic. Després de l’aparició dels primers símptomes, el curs degeneratiu és ràpid, i la majoria de pacients no viuen més enllà dels 6 mesos. Abans, però, d’aquesta fase asimptomàtica, segons es desprèn de l’estudi del kuru, han hagut de transcórrer dècades d’acumulació de proteïna priònica en el sistema nerviós.

En les primeres vint-i-quatre hores, la família Baselga ha aplegat més de 100.000 €. La recerca en CJD es troba estagnada, en part degut a la raresa de la malaltia. Hi ha grups que hi treballen activament en l’actualitat, bé desenvolupant organoids cerebrals humans que serveixin com a model per a l’assaig de teràpies específiques (Groveman et al., 2021), aprofundint en l’assaig RT-QulC per a la detecció de prions en necròpsies (Mok et al., 2021), recercant biomarcadors sanguinis de la malaltia (Thompson et al., 2021) o refinant el diagnòstic per electroencefalograma (Mundlamurri et al., 2020).

La família Baselga esmenta específicament la recerca sobre malalties neurodegeneratives que es realitza a l’Hospital Clínic. En aquesta recerca trobem els estudis d’Esther Pérez-Navarro sobre el rol de protein-cinases i protein-fosfatases en la funció i disfunció neuronal; els de Silvia Ginés sobre la neurodegeneració i disfunció cognitiva en la malaltia de Huntington; els de Jordi Alberch sobre possibles teràpies neuroprotectores en trastorns dels ganglis basals; els de Josep M. Canals sobre cèl·lules totipotencials i medicina regenerativa.