La síntesi de punts quàntics: Bawendi, Brus, Ekimov (Premi Nobel de Química 2023)

Nanotecnologia: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat avui la concessió del Premi Nobel de Química a Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus i Alexei I. Ekimov "per la descoberta i síntesi de punt quàntics". Els punts quàntics o taques quàntiques són partícules cristal·lines semiconductores d’uns pocs nanòmetres de diàmetre. Aquesta mida (1 nm = 10^-9 m) fa que efectes mecànics quàntics alterin les propietats òptiques i electròniques d’un semiconductor clàssic. Bawendi, Brus i Ekimov es repartiran a parts iguals els 11 milions de kronor sueques.

Electromicrografia de transmissió per agranatge de resolució atòmica que ens mostra una taca quàntica d’arseniür d’indi i de gal·li (InGaAs) dins d’un bloc d’arseniür de gal·li

Moungi G. Bawendi

Moungi Gabriel Bawendi (*París, 15.3.1961) es doctorà a la University of Chicago el 1988 amb una tesi sobre bandes calentes de H₃⁺ supervisada per Takeshi Oka. És professor al Massachusetts Institute of Technology (MIT) des del 1996.

Louis E. Brus

Louis E. Brus (*Cleveland, 1943) es doctorà a la Columbia University el 1969. El 1973 començà a fer recerca a AT&T Bell Laboratories, desenvolupant en el 1983 nanocristalls semiconductors col·loidals. És professor de química a la Columbia University des del 1996.

Alexei I. Ekimov

Алексей Иванович Екимов (*28.2.1945) es doctorà a Ioffe Physical-Technical Institute de Sankt Petersburg amb una tesi sobre física de semiconductors. El 1975 rebé el Premi Estatal de la Unió Soviètica de Ciència i Enginyeria pels seus treballs sobre orientació de l’espín electrònic en semiconductors. Des del 1999 fou cap científic de Nanocrystals Technology Inc., amb seu a NYC.

Punts quàntics

Els punts quàntics es troben a cavall del món molecular i del món macroscòpic. El món macroscòpic, al capdavall, és integrat per molècules, i l’estructura molecular de cada cos macroscòpic determina les seves propietats químiques. Un punt quàntic també és un agregat de molècules, però d’una mida prou petita com perquè aquesta mida n’afecti les propietats a través d’efectes quàntics.

La mecànica quàntica introduí aviat el problema de la partícula en una capsa. Quan una partícula es troba confinada en un espai de mida comparable a la longitud d’ona que porta associada (segons el principi de de Broglie), les energies de la funció d’ona permeten estats que depenen críticament de l’invers del quadrat de la mida de l’espai.

Quan la mida de la ‘capsa’ depassa de llarg la longitud d’ona associada a la partícula, la mecànica quàntica no desapareix sinó que és la que explica la traducció de l’estructura electrònica de les molècules en les propietats macroscòpiques de la matèria. Els cossos metàl·lics poden entendre’s com un conjunt de nuclis atòmics immersos en un ‘gas’ integrat per electrons lliures. Segons el metall o aliatge, hom pot determinar com a fonamental la calor específica. Ara bé, si una làmina metàl·lica és prou prima (10 nm) i la temperatura ambiental és prou baixa (de l’ordre d’uns pocs kelvin) la calor específica pot variar d’acord amb el gruix de la làmina i apartar-se del valor propi del metall originari.

A final dels anys 1970, el grup d’Ekimov, de l’Institut Òptic Estatal de l’URSS S.I. Vavilov, aconseguí la creació de partícules cristalls de clorur de coure dins d’una matriu de vidre de silicat prou petits com per exhibir fenòmens quàntics (Ekimov et al., 1980). Així el color verd del vidre originari patia modificacions dependents d’aquests efectes quàntics. El vidre de silicat originari contenia clorur de coure per damunt del límit de solubilitat de la matriu gràcies a un tractament tèrmic. A una temperatura de 4,2 K, Ekimov et al. observaven línies d’excitons anàlogues a les observades en làmines fines de clorur de coure, però amb una formes que variaven d’acord amb el tractament tèrmic rebut pel vidre en el moment de la seva formació. En l’interior del vidre es formaven cristalls de CuCl: la mida mitjana d’aquests cristalls depenia del règim de temperatura sota el qual s’havia format el vidre (Golubkov et al., 1981). Els efectes quàntics sobre les propietats semiconductores eren observables perquè la mida dels cristalls era de l’ordre de nanòmetres o de desenes de nanòmetres (Ekimov & Onushchenko, 1981).

En els anys 1980, el grup de Brus aconseguí demostrar efectes quàntics dependents de mida en nanopartícules que suraven en un medi líquid. Els punts quàntics col·loidals de Brus, a diferència dels punts quàntics immersos en vidre d’Ekimov, sí podien ésser objecte de processament ulterior. Rossetti et al. (1983) mostraren com la mida de cristal·lits de sulfur de cadmi (CdS) en solució aquosa influïa d’acord amb un efecte quàntic de mida sobre els espectres de ressonància de Raman i els espectres electrònics. Els efectes quàntics, detectables en cristalls frescos de 4-5 nm, s’esvaïen l’endemà quan recristal·litzaven a una mida superior (12,5 nm).

El 1993, el grup de Bawendi introduí un mètode per a la producció química de punts quàntics d’alta qualitat (Murray et al., 1993). La síntesi d’aquests punts quàntics comença amb la injecció i piròlisi immediata de reactius organometàl·lics en un solvent coordinador calent. En resulta una supersaturació abrupta de manera que el moment de nucleació dels cristalls queda ben definit. El reescalfament de la solució a la temperatura adient produeix un creixements i anellament que estabilitza la dispersió col·loidal. Un procés de precipitació diferencial permet separar cristalls de mides diferents. Amb una sola ronda de creixement, Murray et al. produïen nanocristal·lits de sulfur, seleniür i tel·luriür de cadmi de 1,2 a 11,5 nm. Els efectes quàntics es difuminaven en nanocristalls de mides superiors a 2 nm.

La introducció de punts quàntics en la tecnologia dels díodes emissors de llum ha donat lloc a la tecnologia QLED, utilitzada en pantalles d’ordinadors i televisors. Làmpades QLED són també utilitzades en histologia. Els punts quàntics poden jugar en el futur un paper en desenvolupament d’electrònica flexible, de nanosensors, de cèl·lules solars ultrafines, d’encriptació, etc.

Lligams:

- Pàgina de Louis E. Brus al web del Department of Chemistry de la Columbia University.

- Exciton light absorption by CuCl microcrystals in glass matrix. A.I. Ekimov, A.A. Onuschenko, V.A. Tsekhomskii. Sov. Glass Phys. Chem 6: 511-512 (1980).

- Quantum size effect in three-dimensional microscopic semiconductor crystals. A. I. Ekimov, A. A. Onushchenko. JETP Lett+ 34: 345-349 (1981).

- Quantum Size Effects in the Redox Potentials, Resonance Raman-Spectra, and Electronic-Spectra of Cds Crystallites in Aqueous-Solution. R. Rossetti, S. Nakahara, L. E. Brus. J. Chem. Phys. 79: 1086-1088 (1983).

- Electron–electron and electron‐hole interactions in small semiconductor crystallites: The size dependence of the lowest excited electronic state. L. E. Brus. J. Chem. Phys. 80: 4403-4409 (1984).

- Synthesis and characterization of nearly monodisperse CdE (E = sulfur, selenium, tellurium) semiconductor nanocrystallites. C. B. Murray, D. J. Norris, M. G. Bawendi. J. Am. Chem. Soc. 115: 8706-8715 (1993).

Polsos de llum d'attosegons de durada: Agostini, Krausz, L'Huillier (Premi Nobel de Física, 2023)

Fotònica: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat avui la concessió del Premi Nobel de Física a Pierre Agostini, Ferenc Krausz i Anne L'Huillier "per mètodes experimentals que generen polsos de llum d'attosegons per a l'estudi de la dinàmica d'electrons en la matèria. Un attosegon (10^-18) és l’escala de temps pròpia de la metrologia ultraràpida. Els tres guardonats es repartiran a parts iguales els 11 milions de kronor sueques.

Làser Nd:YAG (de granat d’itri i alumini dopat d’impureses de neodimi). La llum verda que s’observa és del primer harmònic, amb una longitud d’ona de 532 nm.

Pierre Agostini

Pierre Agostini (*Tunis, 23.07.1941) es doctorà a la Universitat d’Ais-Marselha el 1968. És professor emèrit de The Ohio State University, amb seu a Columbus.

Ferenc Krausz

Krausz Ferenc (*Mór, 17.05.1962) es doctorà a la Universitat de Tecnologia de Viena el 1991. És director de l’Institut Max Planck d’Òptica Quàntica, amb seu a Garching. És també professor a la Ludwig-Maximilians-Universität München.

Anne L'Huillier

Anne Genevieve L’Huiller Wahlström (*Paris, 16.08.1958) es doctorà a la Universitat Pierre i Marie Curie de París el 1986 amb una tesi sobre ionització multifotònica i multielectrònica. És professora a la Universitat de Lund.

La dinàmica electrònica de la matèria a l’escala d’attosegons

En la matèria els processos de moviment o de canvi d’electrons pot donar-se en escales temporals de 10^-16-10^-18 s. Per seguir experimentalment aquests processos es necessari poder crear polsos lluminosos d’una durada de l’ordre d’attosegons (10^-18 s). Ara bé, mentre que la unitat atòmica intrínseca de temps és d’uns 24 attosegons, l’escala temporal d’un pols òptic monocíclic és de 1000 attosegons (=1 femtosegon). De tota manera el desenvolupament de tecnologia làser permeté arribar a polsos lluminosos de 6000 attosegons amb els quals ja resultava possible seguir els estats de transició de reaccions químiques, o el que és el mateix seguir el moviment d’àtoms en molècules.

Agostini et al. (1979) observaren experimentalment el procés d’ionització per damunt de llindar (ATI) en constatar com era possible que un àtom de xenó absorbessin més de sis fotons.

L’Huiller et al. (1983) aconseguiren la producció d’ions amb càrregues múltiples (Xe²⁺, Xe⁺) a partir de gasos nobles com el criptó (Kr) o el xenó (Xe) a través de processos d’absorció multifotònica amb un puls làser de 50 picosegons (=50 milions d’attosegons) amb un rang d’intensitat de 1,064 W·cm^-2…

En el 1987 el grup d’Anne L’Huiller a Paris-Saclay descobrí que la transmissió de llum d’un làser infraroig Nd:YAG a través d’un gas noble genera nombrosos harmònics diferents de llum. Si un làser resulta de l’amplificació de llum a través d’una emissió estimulada de radiació, aquests harmònics presenten longituds d’ona que es corresponen a múltiples de la freqüència de la llum làser originària (1064 nm). Així, el cas de l’argó (Ar) arriben a generar-se harmònics fins al 33, el qual té una longitud d’ona de 32,2 nm. Aquests harmònics resulten de la interacció de la llum làser amb els àtoms del gas noble, que comporta l’excitació d’electrons d’aquests àtoms, traduïda eventualment en l’emissió de llum. El més interessant és que a partir del cinquè harmònica la caiguda d’intensitat cau més lentament com més alt és l’harmònic. En el cas del Xe, apareix un continu de radiació a longituds d’ona inferior a 350 nm (Ferray et al., 1988).

L’Huillier et al. (1991) presentaren un càlcul de la generació harmònica en xenó exposat a un fort camp làser, d’acord amb el qual predeien que la generació d’alts harmònics era un efecte degut a un sol electró.

Lewenstein et al. (1994) presentaren una teoria quàntica completa de la generació d’alts harmònics.

Schins et al. (1994) observaren com un plasma de gal·li generat per làser induïa transicions d’Auger en argó.

Antoine et al. (1996) demostraren experimentalment que els harmònics d’alt ordre generats per un àtom sotmès a un camp làser intens formaven trens de polsos ultrabreus corresponents a trajectòries diferents d’electrons que són tunnelats cap enfora de l’àtom i s’hi recombinen. Una selecció adient de trajectòries permetia aconseguir un tren de polsos d’attosegons de durada.

Nisoli et al. (1997) aconseguiren comprimir polsos d’alta energia de 20 femtosegons en fer-lo passar per fibres plenes de criptó, de manera que obtenien polsos de 20 μJ i de 4,5 femtosegons de durada.

En el 2001, el grup de Pierre Agostini aconseguí la producció de sèries de polsos consecutius de llum cadascun dels quals tenia una durada de 250 attosegons (0,25 femtosegons) (Paul et al., 2001).

En el 2001, el grup de Ferenc Krausz aconseguí aïllar en un sistema atòmic polsos de llum d’una durada de 650 attosegons (Hentschel et al., 2001).

La física d’attosegons ha permès estudiar processos de dinàmica electrònica de la matèria. Schultze et al. (2010) aconseguiren mesurar un retard de 21 ± 5 attosegons en la fotoemissió d’electrons procedents d’orbitals 2p d’àtoms de neó comparat amb la d’electrons de l’orbital 2s dels mateixos àtoms: naixia així l’espectroscòpia fotoelectrònica.

El repte actual és aprofitar-la per a finalitats pràctiques com ara el diagnòstic mèdic.

Lligams:

- Pàgina web del grup de recerca Attoworld.

- Free-Free Transitions Following Six-Photon Ionization of Xenon Atoms. P. Agostini, F. Fabre, G. Mainfray, G. Petite, N. K. Rahman. Phys. Rev. Lett. 42: 1127 (1979).

- Multiply charged ions induced by multiphoton absorption processes in rare-gas atoms at 1.064μm. A. L'Huillier, L. A. Lompre, G. Mainfray, C. Manus. J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 16 1363 (1983).

- Multiple-harmonic conversion of 1064 nm radiation in rare gases. M. Ferray, A. L'Huillier, X. F. Li, L. A. Lompre, G. Mainfray, C. Manus. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys 21: L31 (1988).

- Higher-order harmonic generation in xenon at 1064 nm: The role of phase matching. A. L’Huillier, K. J. Schafer, K. C. Kulander. Phys. Rev. Lett. 66: 2200 (1991).

- Theory of high-harmonic generation by low-frequency laser fields. M. Lewenstein, Ph. Balcou, M. Yu. Ivanov, Anne L’Huillier, P. B. Corkum. Phys. Rev. A 49: 2117 (1994).

- Observation of Laser-Assisted Auger Decay in Argon. J. M. Schins, P. Breger, P. Agostini, R. C. Constantinescu, H. G. Muller, G. Grillon, A. Antonetti, A. Mysyrowicz. Phys. Rev. Lett. 73: 2180 (1994).

- Attosecond Pulse Trains Using High–Order Harmonics. Philippe Antoine, Anne L'Huillier, Maciej Lewenstein. Phys. Rev. Lett. 77: 1234 (1996).

- Compression of high-energy laser pulses below 5 fs. M. Nisoli, S. De Silvestri, O. Svelto, R. Szipöcs, K. Ferencz, Ch. Spielmann, S. Sartania, F. Krausz. Opt. Lett. 22: 522-524 (1997).

- Observation of a Train of Attosecond Pulses from High Harmonic Generation. P. M. Paul, E. S. Toma, P. Breger, G. Mullot, F. Auge, P. Balcou, H. G. Muller, P. Agostini. Science 292: 1689-1692 (2001).

- Attosecond metrology. M. Hentschel, R. Kienberger, Ch. Spielmann, G. A. Reider, N. Milosevic, T. Brabec, P. Corkum, U. Heinzmann, M. Drescher, F. Krausz. Nature 414: 509-513 (2001).

Nucleòsids modificats per a l'ARNm de síntesi: Katalin Karikó & Drew Weissman, Premi Nobel de Medicina, 2023

L'Assemblea Nobel del Karolinska Institutet ha anunciat avui la decisió de guardonar amb el Premi Nobel de Fisiologia o Medicina Katalin Karikó i Drew Weissman "per descobertes en relació a la modificació de bases nucleosídiques que permeteren el desenvolupament de vaccins d'ARN missatger efectius contra la covid-19". Recordem que aquests vaccins, si bé es basen en l'ARNm del gen S del coronavirus SARS-CoV-2, són constituïts per nucleòsids modificats diferents de la guanosina, adenina, citosina o uracil.

Molècules d’ARN missatger amb nucleòsids modificats (modRNA) són més eficients en la transferència d’informació que les d’ARN missatger nadiu (mRNA), i no desencadenen els mecanismes de protecció cel·lular que poden conduir a l’apoptosi

Katalin Karikó

Karikó Katalin (*Szolnok, 17.1.1955) es doctorà a la Universitat de Szeged el 1982. Fou investigadora postdoctoral a l'Acadèmia Hongaresa de Ciències de Szeged entre 1982 i 1985. Després investigà a la Temple University de Philadelphia i a la University of Health Science de Bethesda. Fou professora ajudant de la University of Pennsylvania entre 1989 i 2013. És vicepresidenta de BioNTech RNA Pharmaceuticals. Des del 2021 és professora a la Universitat de Szeged i a la Perelman School of Medicine de UPenn.

Drew Weissman

Drew Weissman (*Lexington, 1959) es doctorà en medicina a la Boston University el 1987. Va fer pràctica clínica a Beth Israel Deaconess Medical Center de la Harvard Medical School i recerca als National Institutes of Health. El 1997 establí un grup de recerca propi a la Perelman School of Medicine. És professor en recerca sobre vaccins i director del Penn Institute for RNA Innovations.

Modificacions de nucleòsids en la tecnologia de vaccins d'ARNm

Els avenços en immunologia van permetre esclarir la base biològica dels vaccins, alhora que la vaccinologia fou un dels puntals del coneixement bàsic i aplicat sobre el sistema immunitari. L'isolament dels agents etiològics de malalties infeccioses servia per a la fabricació de vaccins atenuats o inactivats. El coneixement de l'estructura molecular de virus i altres patògens obria la porta a fabricar vaccins a partir dels components immunològicament més rellevants. Amb les tècniques d’enginyeria genètica resultava possible sintetitzar en el laboratori proteïnes antigèniques de la coberta viral. També hom podia introduir parts rellevants del genoma víric en un vector adient.

Ara bé, tant la fabricació de vaccins atenuats o inactivats, com la de vectors vaccinals basats en l’enginyeria genètica requereix l’ús de cultius cel·lulars a escala industrial. Per això, ja des dels anys 1970 hom treballà en el desenvolupament de plataformes de síntesi de molècules antigèniques independent de cultiu cel·lular. D’una banda es treballava en la síntesi de pèptids (fragments proteics). D’altra banda, en els anys 1980 s’introduïren mètodes de transcripció in vitro, amb els quals es podia sintetitzar àcid ribonucleic (ARN) a partir de fragments d’àcid desoxiribonucleic d’origen biològic, és a dir una forma d’ARN missatger (ARNm) anàloga a la que es genera dins del nucli cel·lular.

L’aplicació directa d’ARNm sintètic com a molècula immunogènica era poc o gens viable, per la inestabilitat de l’ARN i la difícil penetració en teixits i cèl·lules. Hom assajà sistemes lipídics (micel·les de fosfolípids) per encapsular molècules d’ARN i afavorir-ne la farmacocinètica. Però fins i tot en aquest cas l’administració d’ARN exogen provocava reaccions inflamatòries en animals d’experimentació.

Aquests obstacles no feren a la bioquímica Katalin Karikó de desistir en aquesta línia de recerca, que impulsava des del seu grup a la UPenn. Inicià una col·laboració amb el metge especialitzat en immunologia Drew Weissman, que treballava en cèl·lules dendrítiques. Com que les cèl·lules dendrítiques són les presentadores professionals d’antígens a limfòcits, la clau era trobar formes efectives per fer-hi arribar les molècules d’ARNm de síntesi.

En cultius de cèl·lules dendrítiques, l’exposició a ARNm de síntesi desencadena una resposta de tipus inflamatori. En canvi, quan aquests cultius cel·lulars són exposats a ARNm d’origen cel·lular no hi ha la mateixa resposta. Aquesta activació diferencial de cèl·lules dendrítiques podia ser favorable, però calia determinar les causes subjacents a aquesta diferència.

En principi l’ARNm biològic i l’ARNm sintètic són polímers construïts a partir de ribonucleòtids caracteritzats per la seva base nitrogenada. Essencialment, trobem ribonucleòtids d’adenina (A), uracil (U), guanosina (G) i citosina (C). Ara bé, l’ARN biològic pot patir modificacions post-transcripcionals que afectin aquestes bases per les quals no passa l’ARN de síntesi. Karikó & Weissman realitzaren la síntesi d’ARNm amb nucleòsids modificats com m5C (citosina metilada en posició 5), m6A (adenina metilada en posició 6), m5U (uracil metilat en posició 5), s2U o ψ (pseudouridina), i comprovaren que l’ARNm resultant no provocava una resposta pro-inflamatòria en cèl·lules dendrítiques (Karikó et al., 2005).

Les molècules d’ARNm sintètic que havien incorporat el nucleòsid ψ per comptes d’U presentaven tant en models cel·lulars íntegres com en lisats cel·lulars una major capacitat d’ésser traduïdes a proteïna, una major estabilitat biològica i una menor immunogenicitat (Karikó et al., 2008). La raó d’aquesta diferència era que l’ARNm amb ψ no activava la PKR (una protein-cinasa dependent d’ARN). L’activació de la PKR per ARNm de síntesi sense nucleòsids modificats condueix a la inhibició de la maquinària traduccional dels ribosomes (Anderson et al., 2010).

La introducció de pseudouridina i d’altres nucleòsids modificats obria la porta a aplicacions terapèutiques de l’ARNm sintètic. Hom assajà vaccins basats en aquesta tecnologia des de principi de la dècada passada contra el virus Zika i el MERS-CoV. En declarar-se la pandèmia de covid-19 el març del 2020, hom aconseguí en nou mesos l’aprovació de vaccins d’ARNm modificat basats en la seqüència del gen S del virus causant, el SARS-CoV-2. Aquests vaccins, amb una eficàcia del 95% sobre les formes greus de la covid-19, contribuïren a superar la fase aguda de la pandèmia en qüestió de poc més d’un any.

Però la tecnologia d’ARNm modificat de síntesi també té altres aplicacions potencials en matèria de teràpia molecular contra el càncer o contra malalties rares.

Lligams:

- Pàgina web de Katalin Kariko a la Perelman School of Medicine U Penn.

- Pàgina web de Drew Weissman a la Perelman School of Medicine U Penn.

- Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA.. K. Karikó, M. Buckstein, H. Ni, D. Weissman. Immunity 23: 165–175 (2005).

- Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. K. Karikó, H. Muramatsu, F.A. Welsh, J. Ludwig, H. Kato, S. Akira, D. Weissman. Mol. Ther. 16: 1833–1840 (2008).

- Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation. B.R. Anderson, H. Muramatsu, S.R. Nallagatla, P.C. Bevilacqua, L.H. Sansing, D. Weissman, K. Karikó. Nucleic Acids Res. 38: 5884–5892 (2010).

L’impacte en mortalitat de les mutacions mitocondrials heteroplàsmiques deletèries

Més enllà del genoma contingut en el nucli cel·lular hi ha el genoma dels orgànuls citoplasmàtics coneguts com a mitocondris. El genoma mitocondrial conté alguns gens importants que, en cas de mutació deletèria, poden conduir a malalties relacionades amb l’envelliment cel·lular. Hi ha una diferència substancial amb les mutacions de gens nuclears: en una cèl·lula poden haver-hi de milers a desenes de milers de còpies d’ADN mitocondrial. Així, sovint les mutacions mitocondrials poden existir en estat d’heteroplàsmia, és a dir que siguin presents únicament en una fracció de les còpies. Dan Eytan Arking, co-director de mecanismes biològics del Johns Hopkins University Older Americans Independence Center, ha coordinat una recerca sobre mutacions mitocondrials heteroplàsmiques deletèries en 194.871 participants del UK Biobank. En un article publicat ahir a Nature Communications, amb Yun Soo Hong i Stephanie L. Battle com a primeres autores, mostren com aquest tipus de mutacions s’associen amb un 50% d’augment de risc de mortalitat. A través de la caracterització funcional de variants mononucleotídiques (SNVs), han construït un índex MSSm que s’associa amb mortalitat general, prevalència i incidència de càncer i mortalitat per càncer. L’associació és especialment robusta amb la leucèmia. Hong et al. pensen que les SNVs mitocondrials heteroplàsmiques podrien ésser un marcador de pronòstic en la leucèmia.

El cercle exterior registra totes les posicions heteroplàsmiques sinònimes o que afecten regions no-codificants del genoma circular mitocondrial. El segon cercle registra totes les SNVs heteroplàsmiques no-sinònimes. El tercer cercle registra les posicions sense heteroplàsmia. El cercle interior conté anotacions gèniques.

El genoma mitocondrial

Els mitocondris no són tan sols els orgànuls cel·lulars responsables de la major part de la producció energètica sinó que participen en l’homeostasi del calci, l’apoptosi (mort cel·lular programada), l’oxidació d’àcids grassos o la generació de metabòlits intermedis. Cada cèl·lula conté milers de mitocondris, cadascun dels quals conté una o més còpies d’un cromosoma circular. El cromosoma mitocondrial no té histones que el pleguin protectivament com els cromosomes nuclears; el sistema de reparació d’ADN és més limitat; i es troba més exposat a espècies reactives d’oxigen (els mitocondris són els principals responsables de la respiració oxigènica cèl·lular): tot plegat afavoreix l’adquisició de mutacions. Com que cada cèl·lula conté milers o desenes de milers de còpies d’ADN mitocondrial, el més habitual és que aquestes mutacions n’afectin tan sols una fracció: es diu llavors que són mutacions en heteroplàsmia.

Històricament, les mutacions en ADN mitocondrials només podien detectar-se en homoplàsmia o en una alta freqüència heteroplàsmica, però les noves tècniques permeten també observar-les en molt baixa freqüència heteroplàsmica. Estudis de seqüenciació genòmica indiquen baixos nivells d’heteroplàsmia en un 40-50% de les mostres. El 30% de les heteroplàsmies observades són heretades (d’herència materna, ja que l’embrió rep exclusivament mitocondris de l’òvul). La manifestació d’aquestes mutacions heteroplàsmiques es concentra en teixits amb alts requeriments energètics. Alhora, la disfunció mitocondrial té un impacte en la disminució de la longevitat, augment de la incidència de càncer i de malalties degeneratives.

Hong et al. han desenvolupat MitoHPC, un conjunt d’eines bioinformàtiques que mesuren variants mononucleotídiques (SNVs) d’ADN mitocondrial en grans bases de dades de seqüenciació genòmica, com l’UK Biobank. MitoHPC construeix una seqüència mitocondrial consens per a cada individu de la base de dades. En una primera ronda identifica al·lels principals, que definiran la seqüència consens; i en la segona els al·lels minoritaris.

UK Biobank és una gran cohort d’homes i dones recrutats entre el 2006 i el 2010 quan tenien entre 40 i 69 anys, de la qual hom disposa d’informació clínica i material biològic. Hong et al. treballen sobre 194.781 individus de UK Biobank.

Un total de 74.639 SNVs heteroplàsmics

Hong et al. han identificat en aquests 194.781 individus, un total de 74.369 SNVs heteroplàsmiques amb una fracció al·lèlica igual o superior al 5%. De fet, el 30,5% dels individus analitzats tenen almenys una heteroplàsmia. Les 74.369 SNVs es corresponen a 11.602 al·lels, que afecten 10.161 posicions mitocondrials (el 61,8% del genoma mitocondrial, excloent-hi les regions homopolimèriques poliC). Dels 11.602 al·lels heteroplàsmics, n’hi ha 4.257 que es detecten únicament en un individu; tan sols 1.305 al·lels es troben en 10 o més individus.

Hong et al. consideren homoplàsmics els al·lels amb una freqüència superior al 95% en les seqüències d’un individu. En total identifiquen 4.540.598 SNVs homoplàsmiques, corresponents a 7.929 posicions úniques (de les quals 6.586 poden presentar un al·lel heteroplàsmic). Hi ha 385 individus sense cap variant homoplàsmica. De les 14.285 variants úniques trobades, el 49,3% poden ésser heteroplàsmiques o homoplàsmiques; el 31,9% únicament heteroplàsmiques; i el 18,8% únicament homoplàsmiques.

Entre les mutacions mitocondrials heteroplàsmiques detectades la ratio entre transicions i transversions és de 28,7 a 1.

Entre els individus analitzats hi ha 28 parelles de bessons homozigòtics, 760 parelles mare-fill i 3.657 parelles de germans de pare i mare. Això fa que Hong et al. puguin deduir que el 30% de les heteroplàsmies observades siguin heretades; la resta han estat adquirides individualment és a dir que són producte de mutacions somàtiques.

Amb l’edat augmenta el nombre de SNVs mitocondrials heteroplàsmiques. L’estatus de fumador també l’augmenta. En canvi, no hi ha diferències entre sexes.

L’impacte d’heteroplàsmies mitocondrials en mortalitat i morbiditat

Els individus que presenten 4 o més heteroplàsmies tenen un 50% (amb un interval de confiança del 95% que va de 14% a 98%) més de risc de mortalitat que els individus sense cap heteroplàsmia.

No totes les heteroplàsmies tenen el mateix impacte sobre el risc de mortalitat. Les heteroplàsmies sinònimes (que no alteren el proteoma mitocondrial) no hi tenen un impacte significatiu. Les heteroplàsmies no-sinònimes sí que el tenen, i bo i més aquelles que introdueixen un codó stop que atura la síntesi proteica.

Quan l’heteroplàsmia afecta una posició conservadora de l’ADN mitocondrial l’associació amb el risc de mortalitat es fa més alt.

Hong et al. han construït una escala MSS per avaluar l’heteroplàsmia mitocondrial que han validat amb cohorts del TOPMed consortium: ARIC, MESA, FHS, WHI. L’escala MSS no recull però l’associació amb la mortalitat quan s’aplica a la població negra del UK Biobank.

L’escala MSS s’associa especialment amb el risc de mortalitat per neoplàsies, per malalties digestives i per causes externes. L’associació és especialment elevada amb la mortalitat per càncer de pulmó, càncer de mama, limfoma i leucèmia. L’escala MSS s’associa amb una major incidència de càncer de pulmó, limfoma i leucèmia, explicable pel fet que la disfunció mitocondrial és força rellevant en aquestes neoplàsies. És significatiu que l’escala MSS s’associï amb la bronquitis, la neutropènia, la trombocitopènia o l’anèmia aplàstica.

Lligams:

- Deleterious heteroplasmic mitochondrial mutations are associated with an increased risk of overall and cancer-specific mortality. Yun Soo Hong, Stephanie L. Battle, Wen Shi, Daniela Puiu, Vamsee Pillalamarri, Jiaqi Xie, Nathan Pankratz, Nicole J. Lake, Monkol Lek, Jerome I. Rotter, Stephen S. Rich, Charles Kooperberg, Alex P. Reiner, Paul L. Auer, Nancy Heard-Costa, Chunyu Liu, Meng Lai, Joanne M. Murabito, Daniel Levy, Megan L. Grove, Alvaro Alonso, Richard Gibbs, Shannon Dugan-Perez, Lukasz P. Gondek, Eliseo Guallar, Dan E. Arking. Nature Communications 14: 6113 (2023)

Menjar fòssils, repetir mots i robotitzar aranyes mortes (Premis Ig Nobel 2023)

Ja tenim la llista dels guardonats amb els Premis Ig Nobel del 2023.

Menjar fòssils (Zalasiewicz; Premi Ig Nobel de Química i Geologia)

Secció geològica de la Valle dell'Agno realitzada el 1758 per Giovanni Arduino (1714-1795), pioner en l'estudi de fòssils. Arduino estudiava estrats geològics, fòssils i minerals amb tots els sentits, incloent-hi el gust, i així ens descriu com closques fòssils d'una roca argilosa deixen un gust amarg i orinós.

Jan Zalasiewicz ha rebut el Premi Ig Nobel de Química i Geologia "per explicar per què a molts científics els agrada llepar roques". Concretament, el novembre del 2017, escrigué un article per a la revista de la Palaeontological Association titulat precisament "Eating fossils". Allà ens explica com remullar una roca amb saliva ajuda a destacar textures, però pioners de la geologia com Giovanni Arduino (1714-1795) anaven més enllà i feien descripcions detallades de la sabor de fòssils i minerals. Seguidament, Zalasiewicz feia algunes reflexions sobre com allò que fossilitza és la part més indigerible dels organismes del passat.

Zalasiewicz recollia ahir el guardó personalment.

Alienar mots (Moulin et al.; Premi Ig Nobel de Literatura)

Chris Moulin, Nicole Bell, Merita Turunen, Arina Baharin i Akira O'Connor han rebut el Premi Ig Nobel de Literatura "per estudiar les sensacions que experimenten les persones quan repeteixen un mot moltes, moltes, moltes, moltes, moltes, moltes, moltes vegades".

Moulin et al. (2021) publicaren un article a la revista Memory titulat "La la la la inducció de jamais vu en el laboratori: alienació de mot i saciació semàntica. "Jamais vu" és el nom del fenomen oposat al "déja vu", és a dir trobar subjectivament estrany quelcom que ens era familiar. Així Moulin et al. feien repetir certs mots a subjectes fins que aquests els començaven a trobar peculiars. Amb trenta repeticions o repeticions seguides durant un minut ja es podia aconseguir un jamais vu.

Chris Moulin i Akira O'Connor recollien ahir aquest guardó.

Necrorobotitzar aranyes (Yap et al.; Premi Ig Nobel d'Enginyeria Mecànica)

Te Faye Yap, Zhen Liu, Anoop Rajappan, Trevor Shimokusu i Daniel Preston han rebut el Premi Ig Nobel d'Enginyeria Mecànica "per reanimar aranyes mortes per utilitzar-les com a eines mecàniques prensils".

Yap et al. publicaren un article a la revista Advanced Science el juliol del 2022 en el que presentaven la necrobòtica com la disciplina d'aprofitament de materials biòtics com a actuadors llestos per al seu ús. Com a exemple posaven una aranya eutanitzada que, amb un pas senzill de fabricació, es convertia en una eina prensil. L'eina resultant, com l'aranya viva, fa sevir la pressió hidràulica per estendre les potes. El necrobot-aranya pot agafar objectes de fins a un 130% de la seva masssa.

Te Faye Yap i Daniel Preston recolliren el guardó. El treball no fa ben bé part de la tesi doctoral de l'enginera Yap de la qual Preston és el supervisor.

Analitzar orina i femta en el Bany de Stanford (Park; Premi Ig Nobel de Salut Pública)

Proposta de lavabo intel·ligent per a la monitorització de la covid-19

L'uròleg Seung-min Park ha rebut el Premi Ig Nobel de Salut Pública "per inventar el Bany de Stanford, un dispositiu que utilitza una varietat de tecnologies - inclosa una tira d'anàlisi d'orina, un sistema de visió computeritzada per a l'anàlisi de la defecació, un sensor anal acoblat a una càmara d'identificació i una connexió de telecomunicacions - per a monitoritzar i analitzar ràpidament les substàncies que excreten els humans.

Park et al. (2020) presentaren un sistema desmuntable de lavabo per a la monitorització personalitzada de la salut a través de l'anàlisi d'excrements. Park et al. (2021) defensen la utilitat de biomarcadors digitals d'excrements humans. Ge et al. (2022) han mostrat com a aquest disseny es pot aplicar en la monitorització de la covid-19. Ge et al. (2023) ho consideren un sistema de monitorització passiu en un context de salut de precisió.

Park recollí ahir el guardó.

Pensar com parlar enrere (Torres-Prioris et al.; Premi Ig Nobel de Comunicació)

María José Torres-Prioris, Diana López-Barroso, Estela Càmara, Sol Fittipaldi, Lucas Sedeño, Agustín Ibáñez, Marcelo Berthier i Adolfo García han rebut el Premi Ig Nobel de Comunicació per "estudiar les activitats mentals de persones expertes en parlar cap enrera".

En un article a Scientific Reports de juny del 2020, Torres-Prioris estudiaven les signatures neurocognitives de la seqüenciació fonèmica de locutors experts en parlar en sentit contrari, és dir persones capaces de pronunciar en l'ordre invers la seqüència de fonemes de paraules o frases. La neuroimatge indica que aquestes persones tenen un major volum de matèria grisa, una major difusivitat mitjana i una connectivitat funcional potenciada en les regions responsables d'operacions fonològiques i lingüístiques. En comparar dues d'aquestes persones, trobaven diferències individuals pel que fa a les àrees cerebrals que s'activaven en parlar a l'inrevés.

María José Torres-Prioris i Adolfo García recollien ahir el guardó.

Comptar pèls nasals (Pham et al.; Premi Ig Nobel de Medicina)

Christine Pham, Bobak Hedayati, Kiana Hashemi, Ella Csuka, Tiana Mamaghani, Margit Juhasz, Jamie Wikenheiser i Natasha Mesinkovska han rebut el Premi Ig Nobel de Medicina "per utilitzar cadàvers per a explorar si hi ha un nombre igual de pèls en cadascun dels dos narius d'una persona".

En un article publicat al Journal of the American Academy of Dermatology el desembre del 2020, Pham et al. quantificaven u mesuraven els pèls nasals d'una població cadavèrica. La raó d'aquest estudi era aprofundir en l'alopècia areata, una malaltia inflamatòria associada amb la pèrdua de pèl en el cuir cabellut, pestanyes, celles i narius. La pèrdua del pèl dels narius produeix en alguns d'aquests pacients una major incidència d'al·lèrgies, infeccions respiratòries de vies altes i sequetat nasal. Amb aquest recompte en cadàvers, Pham et al. volien analitzar la relació entre la quantitat de pèls nasals i la qualitat de la vida.

Pham, Mesinkovska, Juhasz, Hashemi i Mamaghani recolliren ahir el guardó.

Tastar l'efecte de l'electricitat en aliments (Miyashita & Nakamura; Premi Ig Nobel de Nutrició)

Homei Miyashita i Hiromi Nakamura han rebut el Premi Ig Nobel de Nutrició "per experiments per a determinar com pals i palletes electrificats poden canviar el gust d'aliments".

En una comunicació a la 2nd Augmented Human International Conference de març del 2011, Nakamura & Miyashita proposaven un mètode per augmentar la percepció del gust. El punt de partida és el sabor elèctric, és a dir la sensació que resulta d'estimular la llengua amb corrent elèctric. Per aconseguir aquesta estimulació elèctrica en begudes presentaven unes palletes connectades a un circuit elèctric. Per a aliments sòlids, proposaven un sistema basat en forquilles o pals connectats a un circuit elèctric.

Miyashita i Nakamura recollien ahir el guardó.

Estudiar l'avorriment (Tam et al.; Premi Ig Nobel d'Educació)

Katy Tam, Cyanea Poon, Victoria Hui, Wijnand van Tilburg, Christy Wong, Vivian Kwong, Gigi Yuen i Christian Chan han rebut el Premi Ig Nobel d'Educació "per estudiar sistemàticament l'avorriment de mestres i alumnes".

Tam et al. (2020) realitzaren un estudi amb 437 alumnes de 14-15 anys i 17 mestres, en el que els participants havien de completar un diari durant dues setmanes sobre l'avorriment a classe: s'observava una associació negativa entre l'avorriment del mestre i la motivació dels estudiants, alhora que l'avorriment de l'alumne era esperonat per la sensació que el mateix mestre s'avorria a classe. Tam et al. (2022) constataren en classes universitàries que els estudiants que anticipaven que una lliçó seria avorrida s'hi avorrien més durant la lliçó i posteriorment reportaven haver-s'hi avorrit més.

Chan, Tam i Van Tilburg recolliren ahir el guardó.

Mirar cap amunt quan un desconegut mira cap amunt (Milgram et al.; Premi Ig Nobel de Psicologia)

Stanley Milgram (1933-1984), Leonard Bickman i Lawrence Berkowitz han rebut el Premi Ig Nobel de Psicologia "per experiments al carrer d'una ciutat per veure quants passavolants s'aturaven per mirar cap amunt quan veien estranys mirant cap amunt".

El 1969, aquests tres autors publicaven un article al Journal of Personality and Social Psychology sobre el poder d'atracció de multituds de mida diferent. L'experiment, com s'ha dit, consistia en un nombre de persones degudament instruïdes que es posaven mirar cap a dalt d'un edifici en mig d'un carrer molt transitat: hom mesurava el nombre de vianants que s'aturaven per fer el mateix. Com més gran era el grup que feia de ganxo, major era la proporció de passants qu s'hi unien.

Len Bickman recollia ahir aquest guardó.

Comprovar com els peixos remenen l'oceà amb la posta

Bieito Fernández Castro, Marian Peña, Enrique Nogueira, Miguel Gilcoto, Esperanza Broullón, Antonio Comesaña, Damien Bouffard, Alberto C. Naveira Garabato i Beatriz Mouriño-Carballido han rebut el Premi Ig Nobel de Física "per mesurar l'abast en el qual la barreja de l'aigua oceànica és afectada per l'activitat sexual de les anxoves".

Fernández Castro et al. publicaren l'abril del 2022 un article a Nature Geoscience en el que comprovaven que les agregacions de peixos en fresa induïen una intensa barreja a les capes altes de l'oceà. Per fer-ho analitzaren de manera continuada durant 14 dies la turbulència a escala de centímetres d'una zona litoral. Cada nit hi havia un augment d'un o dos ordres de magnitud de la dissipació turbulenta, que arribava a 10^-6-10^-5 W·kg^-1. Aquest augment s'associava a l'activitat nedadora de grans agregacions d'anxoves que s'aplegaven en la temporada de fresa. La dissipació conduïa a una vigorosa barreja turbulenta, amb una eficiència comparable a un procés geofísic.

Bieito Fernandez Castro, Beatriz Mouriño-Carballido, Alberto Naveira Garabato, Esperanza Broullon i Miguel Gil Coto recollien ahir el guardó.

Ho’oleilana, una oscil·lació acústica bariònica de 1000 milions d’anys-llum

Cosmologia: D’acord amb la teoria de la física de l’univers calent primerenc seria d’esperar observar-hi oscil·lacions acústiques bariòniques (BAOs). L’estudi de separacions de parelles de galàxies en bases de dades de centenars de milers d’objectes confirma l’existència d’aquests BAOs. R. Brent Tully, Cullan Howlett i Daniel Pomarède presenten aquesta setmana en un article a The Astrophysical Journal la descoberta d’una forta contribució individual al senyal esmentat de BAO a una z = 0,068. Els tres autors, noms ben coneguts en la recerca sobre les grans estructures de l'univers, han donat a aquesta entitat el nom de Ho’oleilana. Aquesta estructura tridimensional té un radi mitjà de 155 h₇₅^-1 Mpc, i en el centre s’hi troba el supercúmul de Boötes. En la coberta perifèrica de Ho’oleilana es troba el Gran Mur Sloan, el Gran Mur del Center for Astrophysics i el complex Hercules. Si Ho’oleilana és una estructura BAO se’n dedueix un valor de la constant de Hubble de 76,9 (72,1-85,2) km·s^-1·Mpc^-1.

Distribució de grups galàctics en la regió nord del nostre univers observable

Les BAOs del jove univers

D’acord amb la teoria del Big Bang calent, 390.000 anys després d’aquest origen les ones de pressió generades en el plasma calent quedarien registrades en forma de fluctuacions bariòniques. Els romanents d’aquestes ones, observats en fases cosmològiques posteriors, constitueixen una font d’informació sobre l’evolució còsmica. Fins ara hom ha pogut constatar l’existència de BAO a partir de contribucions múltiples.

A gran escala l’univers és força homogeni. L’homogeneïtat de l’1% s’assoleix a 70-120 h₇₅ Mpc. Així doncs, les fluctuacions de densitat ocasionades per BAO individuals no haurien de suposar més que uns pocs punts percentuals en la densitat material mitjana.

Tully et al. examinaven visualment mapes de la compilació de distàncies galàctiques Cosmicflows-4 quan trobaren una estructura interessant. Aquesta estructura es troba a 250 Mpc de la Terra, i integra tota una sèrie de supercúmuls, filaments i murs que fins ara es consideraven no pas especialment connectats. Aquesta estructura ha rebut el nom de Ho’oleilana, i és una de les estructures més grans observades en l’univers proper.

Entre les estructures integrades a Ho’oleilana hi ha el Gran Mur Sloan, el supercúmul Corona Borealis, el supercúmul Ursa Majoris, el supercúmul Virgo-Coma, SCL 95, SCL 154, el supercúmul Boötes, 12 Abell, A1795, A1781, A1825 i A1831.

L’estructura tridimensional de Ho’oleilana

Tully et al. reporten doncs una estructura en anell. L’anàlisi estatística indicaria que aquesta estructura no resulta d’una disposició aleatòria de galàxies sinó de la bombolla resultant d’una BAO. En la modelització de la BAO que hauria donat lloc a Ho’oleilana, Tully et al. empren diferents paràmetres cosmològics. En aquesta modelització constaten que Ho’oleilana ha patit un procés d’homogeneïtzació entre la seva formació (z = 1060) i la situació actualment observable (z = 0,07).

El radi de Ho’oleilana, al seu torn, ofereix informació cosmològica rellevant. Tully et al. confien que missions futures com el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) o el 4MOST Hemisphere Survey ajudaran a validar aquesta identificació i a detectar estructures similars.

Lligams:

- Ho'oleilana: An Individual Baryon Acoustic Oscillation?. R. Brent Tully, Cullan Howlett, Daniel Pomarède. The Astrophysical Journal 954: 169 (2023).

Una subpoblació d’astròcits glutamatèrgics en el sistema nerviós central

Fa temps que sabem que la visió d’un sistema nerviós integrat per unes neurones que fan i desfan, i una glia que els presta suport és incompleta. En realitat comunicacions multimodals entre cèl·lules glials com els astròcits i les neurones controlen l’estructura i la funció del sistema nerviós central. Els grups de recerca de Ludovic Telley i d’Andrea Volterra, des de Losena, estudien aquesta interacció entre astròcits i neurones. Saben que els astròcits són capaços d’alliberar ràpidament quantitats de glutamat prou elevades com per controlar l’excitabilitat, plasticitat i activitat sincrònica de xarxes de neurones interconnectades per sinapsis. Aquest mecanisme sembla també al darrera de problemes neurològics i psiquiàtrics. Però si els astròcits poden fer això és perquè compten d’un aparell d’exocitosi similar a les neurones, possiblement dependent de calci. En un article publicat a la revista Nature que té a Roberta de Ceglia com a primera autora es presenten dades a favor d’aquesta hipòtesi de l’exocitosi de glutamat per astròcits. A través d’eines moleculars, bioinformàtiques i d’imatge capaces d’explorar l’heterogeneïtat funcional dels astròcits, i d’interferir en el procés d’exocitosi de glutamat in vivo, De Ceglia et al. han identificat nou clústers diferents d’astròcits hipocampals entre els quals hi ha una subpoblació que expressa components de la maquinària d’alliberament de glutamat pròpia de les sinapsis neuronals. Aquesta població d’astròcits es localitza en punts concrets de l’hipocamp. Amb un marcador de glutamat pel sistema GluSn-FR, De Ceglia constaten que aquest subgrup d’astròcits pot desencadenar l’alliberament local de glutamat quan rep l’estimulació adequada. Aquest alliberament queda suprimit si s’indueix en astròcits la deleció del transportador de glutamat VGLUT1. Aquests astròcits glutamatèrgics participen en la funció normal i patològica dels circuits cortico-hipocampals i nigrostriatals. Així doncs, podrien constituir una diana terapèutica en algunes neuropaties.

De Ceglia et al. han identificat una subpoblació d’astròcits glutamatèrgics en l’hipocamp murí i humà

L’anàlisi transcriptòmica de cèl·lules individuals

De Ceglia et al. han recorregut a l’anàlisi transcriptòmica de cèl·lules individuals amb l’objectiu d’identificar astròcits capaços d’alliberar glutamat a través d’una maquinària vesicular d’exocitosi. El primer pa fou integrar vuit bases de dades de cervell de ratolí que recullen dades de seqüenciació d’ARN de cèl·lules isolades (scRNA-seq) o de nuclis isolats (snRNA-seq) que cobreixen cèl·lules hipocampals i, particularment, astròcits. En avaluar les dades de cèl·lules hipocampals hi troben 15 clústers transcripcionals, corresponents als principals tipus cel·lulars clàssics. Així doncs hi trobaven neurones glutamatèrgiques, neurones GABAèrgiques, cèl·lules no-neuronals, etc. Entre aquestes cèl·lules no-neuronals hi havia astròcits, caracteritzats per l’expressió de gens com Slc1a2 (que codifica la proteïna GLT1), Slc1a3 (que codifica la proteïna GLAST), Gja1 (que codifica la proteïna CX43) i Aqp4.

Astròcits possiblement glutamatèrgics

Diem que una cèl·lula és glutamatèrgica si és capaç d’alliberar en breu temps quantitats prou efectives de glutamat com per excitar una neurona glutamatosensible. El glutamat és un aminoàcid que en el sistema nerviós central actua com a neurotransmissor en sinapsis interneuronals de tipus excitatori.

Entre els astròcits hipocampals de ratolí, De Ceglia et al. identificaren nou clústers. Aquests clústers presenten expressions diferencials de gens implicats en el transport iònic, en processos metabòlics, en la funció mitocondrial, el desenvolupament cel·lular, etc. El clúster 6 es caracteritza per un perfil transcriptòmic que recorda al dels precursors neurals del gir dentat hipocampal. El clúster 7 expressa particularment gens vinculats a l’exocitosi regulada per canals iònics i a la secreció de glutamat.

Dades morfològiques, immunohistoquímiques i transcripcionals indiquen que aquest clúster 7 representa una subpoblació d’astròcits que expressa gens requerits per a la secreció regulada glutamatèrgica.

La distribució d’astròcits glutamatèrgics

En talls histològics d’hipocamp de ratolí, De Ceglia et al. exploren l’alliberament de glutamat vinculat a astròcits. L’estimulació d’astròcits no condueix sempre a l’alliberament de glutamat, sinó únicament en un subgrup d’astròcits. Aquest alliberament astrocític de glutamat resta aturat si s’indueix una afectació en VGLUT1.

En un model de ratolí al que s’ha implantat una cànula optofluida en el gir dentat de l’hipocamp, De Ceglia identifiquen un alliberament de glutamat arran de l’estimulació específica d’astròcits.

El paper dels astròcits glutamatèrgics en la funció hipocampal

De Ceglia et al. treballen amb un model de ratolí transgènic que en resposta al tamoxifè deixa d’expressar el gen Slc17a7 en astròcits. En aquests animals es produeixen canvis en la potenciació a llarg termini, en capacitats de memòria i en patrons d’excitabilitat aguda.

La deleció de VGLUT2 en astròcits altera la funció del circuit nigrostriatal en ratolins.

Els astròcits glutamatèrgics com a diana terapèutica

De Ceglia et al. exposen un exemple de gliotransmissió glutamatèrgica rellevant en la funció hipocampal. L’exocitosi dependent de calci de vesícules carregades de glutamat no seria, doncs, patrimoni exclusiu de les neurones. Aquesta gliotransmissió glutamatèrgica reforça la potenciació a llarg termini, base de la funcions hipocampals vinculades a la memòria; també contraresta la hiperexcitació. Aquestes accions la fan interessant com a possible diana terapèutica en la malaltia de Parkinson.

Lligams:

- Specialized astrocytes mediate glutamatergic gliotransmission in the CNS. Roberta de Ceglia, Ada Ledonne, David Gregory Litvin, Barbara Lykke Lind, Giovanni Carriero, Emanuele Claudio Latagliata, Erika Bindocci, Maria Amalia Di Castro, Iaroslav Savtchouk, Ilaria Vitali, Anurag Ranjak, Mauro Congiu, Tara Canonica, William Wisden, Kenneth Harris, Manuel Mameli, Nicola Mercuri, Ludovic Telley & Andrea Volterra. Nature (2023).

Luna 25 i Chadrayaan-3: dues estacions de superfície en la regió polar sud de la Lluna

La cursa per ser els primers en arribar al pol sud de la Terra conclogué el 14 de desembre del 1911 amb Roald Amundsen i el seu equip. Així guanyaven la mà a l’Expedició Terra Nova de Robert F. Scott, que hi arribà el 17 de gener del 1912. Scott i els seus homes no tornarien vius de l’expedició, afegint doncs encara més dramatisme. Una lògica semblant es repeteix aquests dies en la cursa per arribar al pol sud de la Lluna. Val a dir que parlem ara d’expedicions no tripulades, i que més que tractar-se del pol sud es tracta de la regió polar sencera. El cas és que la setmana vinent hi ha previst l’aterratge a la regió polar de la Lluna, Луна-25 i चंद्रयान-३. De les dues missions, la índia havia estat llençada el 14 de juliol, i la russa ho havia estat el 10 d’agost. Malgrat això, és previst que la Luna-25 arribi el seu destí, al nord del cràter Bogulawsky, el dilluns 21 d’agost, mentre que Chandrayaan-3 ho faria el dimecres 23, entre els cràters Manzinus C i Simpelius N.

Luna 25

Maqueta del mòdul d’aterratge de Luna 25

Inicialment la missió tenim el nom de Luna-Glob, en el sentit d’afirmar el caràcter global de la Lluna i reivindicar l’interès de fer-hi arribar una estació de superfície en la regió polar. La denominació de Luna-25, però, fou adoptada per reprendre la sèrie de missions lunars de la Unió Soviètica, la darrera de les quals (Luna-24) retornava a la Terra el 22 d’agost del 1976.

Luna 25 assenyala en tot cas la primera expressió del programa Luna-Glob de l’agència espacial russa Roscosmos. És operada per l’Institut Rus de Recerca Espacial i ha estat fabricada per NPO Lavochkin.

La missió fou llançada per un coet Soyuz-2.1b/Fregat des del cosmòdrom de Vostochny (Regió d’Amur) el 10 d’agost a les 23h10m57,189sUTC. La massa llençada era de 1750 kg, i la càrrega pròpiament de la missió fa 30 kg. La missió consisteix en un mòdul d’aterratge, amb un braç robòtic perforador per a la presa de mostres i instruments científics d’anàlisi.

El dia 16 la Luna 25 entrà en òrbita lunar.

L’aterratge és previst pel dia 21 d’agost, a una latitud sud 69,545° i una longitud de 43°E. El lloc d’aterratge se situa al nord del cràter Boguslawsky. Com a alternatives de reserva s’han contemplat zones d’una latitud una mica inferior al sud-oest del cràter Manzini o al sud del cràter Pentland.

L’estació de superfície Luna 25 tindrà una missió científica d’almenys un any. Els vuit instruments científics són:
- ADRON-LR, per a l’anàlisi de regolita per neutrons actius i raigs gamma.
- ARIES-L, per a la mesura de plasma exosfèric.
- LASMA-LR, un espectròmetre d masses per làser.
- LIS-TV-RPM, un espectròmetre d’infrarojos per a l’anàlisi de minerals.
- PmL, per a la mesura de la precipitació de pols i micrometeorits.
- THERMO-L, per a la mesura de propietats termals de la regolita.
- STS-L, per a l’obtenció d’imatges locals i panoràmiques.
- un retroflector làser que contribuirà a mesures de la libració lunar.

Chandrayaan-3

Com el seu nom indica, Chandrayaan-3 és el “tercer vehicle lunar” de l’Organització de Recerca Espacial de l’Índia (ISRO). Si Luna-25 consisteix exclusivament en un mòdul d’aterratge, Chandrayaan-3 compta amb un mòdul d’aterratge Vikram i un ròver Pragyan. A més, el mòdul de propulsió funciona com un satèl·lit de comunicacions.

La missió Chandrayaan-3 fou llençada el 14 de juliol a les 09:05:17UTC amb un coet LVM3 M4 des del Centre Espacial Satish Dhawan. La massa llençada fou de 3900 kg, corresponent a 2148 kg del mòdul de propulsió, 1726 kg del mòdul Vikram i 26 kg del mòdul Pragyan.

La durada de la missió de Chandrayaan-3 és de dues setmanes per a Vikram i Pragyan, però per al satèl·lit podria arribar al mig any.

El 5 d’agost, Chandrayaan-3 entrà en òrbita luna, amb un pericinti de 153 km i un apocinti de 163 km.

La data prevista d’aterratge és el 23 d’agost del 2023 a les 12:17UTC. El lloc d’aterratge se situa a una latitud de 69,367621°S, i a una longitud 32°E, és a dir entre els cràters Manzinus C i Simpelius N. D’aquesta manera, tot i haver arribat a l’òrbita lunar abans que la Luna 25, la missió russa la superarà en la data d’aterratge per dos dies, i també la guanyarà en termes de la latitud de la localitat d’aterratge.

El mòdul orbital compta amb un espectropolarímetre SHAPE que es dedicarà a estudiar les emissions d’infraroig proper de la Terra. La finalitat és aconseguir un perfil de la Terra com a planeta habitable des d’una distància de 380.000 km.

El mòdul Vikram consta de:
- l’equip ChaSTE, que mesurarà la conductivitat termal i la temperatura locals de la superfície lunar.
- l’equip ILSA, que mesurarà l’activitat sísmica local.
- la sonda LP, que estimarà les variacions locals en densitat de plasma de l’exosfera lunar.

El mòdul Pragyan compta amb els instruments:
- APXS, un espectròmetre de raigs X de partícules alfa, amb el qual es faran anàlisis de composició química i mineralògica de la superfície lunar.
- LIBS, un espectròmetre làser que estimarà la composició elemental (Mg, Al, Si, K, Ca, Ti i Fe) de regolita i de roques lunars.

La constitució de la Mesa del Congrés

Avui s'ha constituït la Mesa del Congrés. Vegem-ne les votacions:
- Francina Armengol ha estat elegida presidenta amb 178 vots. Per darrera han quedat Cuca Gamarra (139 vots) i Gil Lázaro (33 vots).
- Han estat elegits vicepresidents Alfonso Rodríguez (primer, 113 vots), José Antonio Bermúdez de Castro (segon, 73 vots) Esther Gil (tercera, 65 vots en primera volta i més en la segona) i Marta González (quarta, 65 vots).
- Han estat elegits secretaris Isaura Leal (primera), Gerardo Pisarello (segon), Carmen Navarro (tercera) i Guillermo Mariscal (quart).

La Mesa tindrà majoria de PSOE (Armengol, Rodríguez, Leal) i Sumar (Gil, Pisarello). El PP (representat a la Mesa per Bermúdez, González, Navarro i Mariscal) ho tindrà coll amunt per aconseguir la investidura de Feijóo. Tampoc no és segur que l'aconsegueixi Pedro Sánchez, encara que va per bon camí.

Les associacions organo-minerals de la superfície marciana: dades de la NASA Perseverance al cràter Jezero

Des de febrer del 2021, la missió de la NASA Mars 2020 explora el cràter Jezero amb un rover, Perseverance, i un helicòpter, Ingenuity. Ara la revista Nature publica un article, amb l’astrobiòloga Sunanda Sharma com a primera autora, en el que es reporta la detecció d’espectres Raman i de fluorescència compatibles amb diverses espècies de molècules orgàniques aromàtiques en les formacions Máaz i Séítah del cràter Jezero. Aquests senyals de fluorescència es troben associats amb minerals de diferent manera. No fa gaires dècades, hom assumia que la matèria orgànica de la superfície marciana seria gairebé inexistent degut a l’acció destructiva de la radiació ultraviolada i altres radiacions ionitzants. Més endavant hom descrigué la presència de molècules orgàniques en meteorits marcians presents a la Terra, així com en espècimens procedents del cràter Gale. Sharma et al. ens presenten ara una diversitat de molècules aromàtiques, que persisteixen malgrat les condicions de la superfície marciana. És possible que aquestes molècules siguin protegides per la seva associació amb minerals. Val a dir que els minerals associats a aquestes signatures són vinculats a processos aquosos. Descriure els processos de síntesi, transport o preservació d’aquesta matèria orgànica, és a dir del cicle del carboni a Mart, és una de les finalitats de la missió NASA Mars 2020 i de l’instrument Sherloc.

Associacions entre lectures de fluorescència i imatges de mineral de les roques Bellegarde i Quartier

La matèria orgànica marciana

La matèria orgànica és la basada en els enllaços tetravalents de carboni, en els esquelets d’hidrocarburs. Etimològicament, el nom d’orgànic fa referència al fet que aquesta és la matèria dels organismes vius, però ara és obvi que la immensa majoria de la matèria orgànica de l’univers no té res a veure amb la vida, ni com a matèria orgànica viva ni com a matèria orgànica morta. La matèria orgànica, així doncs, és considerada més com una base per a la vida i no pas exclusivament com el seu resultat o la seva encarnació material.

La detecció de matèria orgànica en mostres procedents de la superfície marciana, no obstant, no deixa de ser una notícia si atenem al fet que les condicions ambientals d’aquell planeta són destructives per a ella. Així doncs, si hi ha matèria orgànica és perquè hi ha processos que la generen, la hi transporten o la hi preserven. Entre els processos abiòtics de generació de matèria orgànica hi ha les interaccions entre aigua i roca o la reducció electroquímica de diòxid de carboni. També s’ha postulat una aportació exògena procedent de la pols interplanetària o dels impactes de meteorits. També hem de recordar que l’experiment de la Viking de 1976 no tan sols no excloïa la possibilitat de formes de vida actuals sinó que, segons com ho interpretem, les assenyalava.

La missió de la NASA Mars 2020 és dotada de l’instrument SHERLOC (amb el bacònim de “Scanning Habitable Environments with Raman and Luminiscence for Organics and Chemicals), que vol inspeccionar Mart a la recerca de compostos orgànics i la seva associació precisa amb minerals i textures.

El vehicle central de la NASA Mars 2020 és el ròver Perseverance. Aquest vehicle és capaç de realitzar mesures in situ, però també de recollir mostres que puguin ser trameses eventualment cap a la Terra. La Mars 2020 aterrà al cràter Jezero, que com el seu nom en croat indica, és un antic llac. En la superfície de Jezero trobem carbonats, argiles i sulfats. En la primera campanya de la missió de la Perseverance han estat explorades dues formacions, Máaz i Séítah. Mááz és una formació màfica rica en piroxè i plagioclasa. Séítah és una formació ultramàfica rica en oliví. L’instrument SHERLOC ha observat tres superfícies rocoses originals de Máaz, i set superfícies recentment abrasades de Máaz i Séítah. Aquesta abrasió consisteix en retirar-hi la capa exterior de roca, és a dir la part meteoritzada i coberta de pols, de forma que s’hi genera un forat cilíndric de 45 mm de diàmetre i d’una fondària de 8 a 10 mm.

SHERLOC combina un espectròmetre Raman i de fluorescència de l’ultraviolat profund per rastrejar la distribució de molècules orgàniques i minerals en superfície rocoses amb una resolució de 0,1 mm. La càmera WATSON ofereix imatges de color que donen un context espacial més ample.

Quatre grups de senyals de fluorescència

En els 10 objectes observats per SHERLOC s’han detectat senyals de fluorescència. Aquests es poden classificar en quatre grups:
- Grup 1: el senyal és un doblet a 303 nm i 325 nm de longitud d’ona.
- Grup 2: el senyal és una sola banda àmplia entre 335 nm i 350 nm.
- Grup 3: el senyal és una sola banda àmplia entre 270 nm i 295 nm.
- Grup 4: el senyal és un parell de bandes, a 290 nm i a 330 nm.

Aquests senyals són consistents amb l’emissió d’hidrocarburs aromàtics mono- o policíclics. De tota manera, Sharma et al. admeten que també podrien derivar d’una luminiscència no-orgànica (p.ex. de Ce³⁺).

L’objectiu Bellegarde presenta fluorescència del grup 1. Aquest objectiu es troba en la roca Rochette, de la formació Máaz. La fluorescència s’associa a cristalls blancs que són probablement sulfat de calci hidratat.

L’objectiu Quartier presenta fluorescència del grup 1. Aquest objectiu es troba en la roca Issole, de la formació Séítah. La fluorescència s’associa a cristalls blancs, que serien una barreja de sulfats (càlcic i magnèsic), amb diferents estats d’hidratació. El senyal de fluorescència fou confirmat per la Perseverance amb una segona observació obtinguda onze dies més tard de la primera.

La fluorescència més habitual és la de Grup 2. Aquesta s’ha detectat en tots els objectius estudiats. En la majoria de casos es troba en els límits entre grans, o ben a prop. S’associa a un ventall de minerals: carbonats, fosfats, sulfats, silicats i, en menor mesura, perclorats. Si en la formació Máaz, la fluorescència de Grup 2 s’associa amb piroxè, en el cas de la formació Séítah, ho fa amb oliví.

El Grup 3 s’ha observat en tres perforacions d’objectius (Guillaumes, Bellegarde, Alfalfa) i en un objectiu originari (Foux). Se l’ha trobada associada amb silicats i carbonats. El senyal ees correspondria a un únic compost aromàtic, com ara el benzè.

El Grup 4 s’ha observat en dos objectius, Guillaumes i Garde. El senyal s’associa amb espais intragranulars. La font serien compostos aromàtics d’un o de dos anells.

L’abundància de matèria orgànica en la superfície del cràter Jezero

Sharma et al. estimen que l’abundància de matèria orgànica en la formació Séítah seria de 2 ppm. En la formació Máaz aquesta xifra puja a 20 ppm.

La diferència de concentracions podria explicar-se per la història diferent de totes dus formacions. La formació Máaz seria una roca basàltica alterada hídricament. La formació Séítah seria un cumulat d’oliví alterat per fluids, però on l’exposició a l’aigua fou relativament menor. Cal pensar doncs que foren processos hídrics els qui actuen de manera diferenciada entre les dues formacions.

Els senyals del Grup 1 semblen compatibles amb una síntesi abiòtica en medi aquós de matèria orgànica. La reducció electroquímica de CO₂ dissolt en aigua hauria donat lloc a compostos orgànics aromàtics que haurien estat preservats durant eres geològiques en una matriu cristal·lina de sulfats i d’altres minerals.

Lligams:

- Diverse organic-mineral associations in Jezero crater, Mars. Sunanda Sharma, Ryan D. Roppel, Ashley E. Murphy, Luther W. Beegle, Rohit Bhartia, Andrew Steele, Joseph Razzell Hollis, Sandra Siljeström, Francis M. McCubbin, Sanford A. Asher, William J. Abbey, Abigail C. Allwood, Eve L. Berger, Benjamin L. Bleefeld, Aaron S. Burton, Sergei V. Bykov, Emily L. Cardarelli, Pamela G. Conrad, Andrea Corpolongo, Andrew D. Czaja, Lauren P. DeFlores, Kenneth Edgett, Kenneth A. Farley, Teresa Fornaro, Allison C. Fox, Marc D. Fries, David Harker, Keyron Hickman-Lewis, Joshua Huggett, Samara Imbeah, Ryan S. Jakubek, Linda C. Kah, Carina Lee, Yang Liu, Angela Magee, Michelle Minitti, Kelsey R. Moore, Alyssa Pascuzzo, Carolina Rodriguez Sanchez-Vahamonde, Eva L. Scheller, Svetlana Shkolyar, Kathryn M. Stack, Kim Steadman, Michael Tuite, Kyle Uckert, Alyssa Werynski, Roger C. Wiens, Amy J. Williams, Katherine Winchell, Megan R. Kennedy & Anastasia Yanchilina. Nature (2023).

- Un antic sistema deltaic al cràter de Jezero visitat per la NASA Perseverance (octubre del 2021).

El llançament del telescopi espacial Euclid de l’Agència Espacial Europea

Ahir dissabte 1 de juliol, a les 15:12UTC, es produïa el llançament des de Cap Canaveral d’un coet SpaceX Falcon 9. En la càrrega científic del coet hi havia la nau Euclid de l’Agència Espacial Europea, que té la missió de servir com a telescopi espacial. El programa científic d’Euclid consisteix en l’elaboració d’un mapa tridimensional del nostre univers de galàxies. La precisió d’aquest mapa permetrà investigacions cosmològiques bàsiques. D’acord amb el model estàndard cosmològic, el principal component del nostre univers és una energia no ben descrita més enllà del seu efecte accelerador sobre l’expansió de l’univers, i que en conseqüència rep el nom d’energia fosca. El segon component de l’univers és un material caracteritzat únicament pel fet de fornir cohesió a les estructures galàctiques i supragalàctiques, i que en conseqüència rep el nom de matèria fosca. No és estrany, doncs, que l’Euclid Consortium es defineixi com una “missió espacial per a cartografia l’univers fosc”.

La destinació del telescopi espacial Euclides és una òrbita heliocèntrica en un dels punts de Lagrange del Sistema Sol-Terra

Un llançament reeixit

Després del llançament del Space X, la nau Euclid se separà del coet. A les 17h57 l’estació australiana de New Norcia confirmava el primer senyal d’Euclid.

El destí d’Euclid és una òrbita al voltant del segon punt de Lagrange (L2) del Sistema Sol-Terra. Aquest punt L2 es troba a uns 1,5 milions de km de la Terra, en direcció antisolar, i té una òrbita heliocèntrica de període igual a la del nostre planeta.

Euclid arribarà a l’òrbita de L2 d’ací a 4 setmanes. Llavors començarà l’alineament del telescopi i l’arrencada de l’instrumental. Durant els dos mesos següents es faran comprovacions dels equips. Només llavors començaran les observacions pròpiament dites, que duraran un sis anys.

L’instrumental científic d’Euclid: VIS i NISP

El telescopi Euclid és un telescopi reflector de 1,2 metres d’obertura. Compta amb una pantalla que li permet cobrir-se de la llum del Sol, de la Terra i de la Lluna, i captar imatges de l’espai profund.

El Consorci Euclides aportà els dos instruments científics principals de la missió:
- la càmera de radiació electromagnètica visible (VIS). La finalitat de VIS es obtindre imatges precises de galàxies
- l’espectròmetre i fotòmetre de l’infraroig proper (NISP). La NASA aportà els detectors del NISP. La finalitat del NISP és l’anàlisi de les emissions infraroges de les galàxies. A través de l’estudi de les corresponents línies espectrals es pot determinar la velocitat radial i, juntament, amb les dades de lluminositat fer una estimació de la distància a la que es troben.

Un mapa de galàxies

La finalitat d’Euclid es determinar les posicions de milers de milions de galàxies. Això implica d’una banda determinar-ne les seves coordenades celestes d’ascensió recta i declinació, homologables respectivament a la longitud i a la latitud. De l’altra banda, hi ha la determinació més delicada, la d’estimar la distància de cada galàxia, així com la seva velocitat longitudinal i radial.

El catàleg resultant oferirà informació precisa de la forma, posició i moviment de milers de milions de galàxies, és a dir de l’estructura galàctica de l’univers observable. Com que la velocitat de la llum és finita, i l’univers es troba en expansió, d’aquest univers observable es pot deduir la dinàmica galàctica.

En total, el mapa d’Euclid cobrirà vora un terç de l’esfera celeste.

El Consorci Euclid

El Centre d’Operacions de l’ESA (ESOC) a Darmstadt controlarà les instruccions i comunicacions del telescopi espacial Euclid a través de la xarxa d’antenes Estrack de l’ESA. Les dades adquirides seran analitzades pel Consorci Euclid, integrat per més de 2000 investigadors de més de 300 institucions d’Europa, Estats Units, Canadà i Japó.

Cada any, el Consorci farà accessible les dades adquirides a través del Science Archive, que es troba hostatjat al Centre d’Astronomia de l’ESA (ESAC), amb seu a Villanueva de la Cañada.

Les dades d’Euclid ens mostraran la part visible i infraroja de l’univers de galàxies. No obstant, la precisió de les dades permetrà deduir l’acció gravitatòria de la matèria fosca, i l’acció de l’energia fosca sobre el ritme d’expansió de l’univers. Aquestes dades indirectes seran les que serviran per posar a prova els diversos models sobre la natura d’aquest univers fosc.

Lligams:

ESA’s Euclid lifts off on quest to unravel the cosmic mystery of dark matter and dark energy, notícia a la pàgina web de l’Agència Espacial Europea.

NANOgrav: 15 anys d’investigació d’ones gravitacionals de baixa freqüència a través del ritme de radiopúlsars

La setmana científica ha estat marcada per l’anunci de NANOGrav de la publicació a The Astrophysical Journal Letters d’una sèrie d’investigacions sobre l’univers de les ones gravitacionals de baixa freqüència. NANOGrav és una col·laboració internacional dedicada a l’estudi d’aquestes interaccions a través de les interferències que produeixen en la ritmicitat observable de radiopúlsars.

NANOGrav convocà ahir dijous 29 una roda de premsa des de la National Science Foundation per comunicar resultats de les anàlisis de 15 anys de dades, en la que hi intervingueren l’astrofísic Stephen Taylor, l’astrònoma Thankful Cromartie, l’astrofísic Michael Lam, l’astrofísic teòric Luke Kelley i l’astrofísica Maura McLaughlin.

Les ones gravitacionals

Projectes com la LIGO Scientific Collaboration han estat pioners en la detecció directa d’ones gravitacionals. Val a dir, però, que les ones gravitacionals que detecta LIGO o VIRGO són les més potents, les que resulten de la fusió d’objectes astronòmics massius.

Anys abans que LIGO reportés la primera detecció directa d’una ona gravitatòria, concretament en el 2004, naixia el North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOgrav), dedicat a la detecció indirecta d’ones gravitacionals de baixa freqüència. Aquesta detecció indirecta es fa a través de l’observació de púlsars que tenen un període de l’ordre de milisegons. De fet, les dades que s’han presentat aquesta setmana consisteixen en 15 anys d’observacions de radioones de 68 púlsars a través de l’Observatori d’Arecibo, el Green Bank Telescope i el Very Large Array.

D’aquests 68 púlsars, n’hi ha 67 amb tres o més anys de dades sobre periodicitat. Aquests 67 púlsars es poden aparellar en 2211 combinacions per tal d’analitzar la correlació entre la mesura de periodicitat i la separació angular dels púlsars. La predicció Hellings-Downs, basada en la teoria general de la relativitat, assumeix que la correlació seria gairebé nul·la entre parelles de radiopúlsars separats per distàncies angules de l’esfera celeste entre 60˚ i 120˚. Les dades 15 anys d’observacions de NANOGrav encaixen amb aquesta predicció.

Les dades de 15 anys de NANOGrav ofereixen informació sobre el rerefons d’ones gravitacionals del nostre univers. Aquest rerefons és el resultat de sistemes binaris de forats negres en els que dos components tendeixen a convergir en el baricentre comú. Si el projecte LIGO observa individualment algunes d’aquestes fusions, el projecte NANOGrav ofereix un retrat de conjunt (Agazie et al., 2023a).

Observacions de 68 púlsars

En essència les dades de NANOGrav consisteixen en el monitoratge, a través dels més potents radiotelescopis, de púlsars de període de l’ordre de milisegons. Aquest monitoratge s’ha fet fonamentalment des del Green Bank Telescope, però també hi ha dades del desaparegut Radiotelescopi d’Arecibo i del Very Large Array (Agazie et al., 2023b). De cada púlsar hi ha dades de període sobre diverses freqüències de radioones de cada poques setmanes. El primer objectiu d’aquestes observacions és determinar amb una alta precisió solucions de periodicitat per a cadascun dels púlsars (Agazie et al., 2023c). Seguidament es fan una modelització dels diversos processos que hi ha al darrera de les irregularitats que afecten els períodes de rotació intrínsecs del púlsar. Aquesta correcció de soroll permet predir el temps d’arribada de cada pols amb una precisió inferior al microsegon per dècada. Precisions de l’ordre de 10^-16 són necessàries per tindre la sensibilitat suficient per detectar ones gravitacionals de la banda de nanohertz.

NANOgrav i la nova física

El primer senyal detectable d’ones gravitatòries de nHz per NANOgrav consisteix en un fons estocàstic, resultat de la superposició d’un gran nombre de fonts individuals d’ones gravitacionals. Aquest fons d’ones gravitacionals indueix un “soroll vermell” en les discrepàncies entre el períodes observats dels radiopúlsars i els períodes predits. Aquest soroll és més potent com inferior siguin les freqüències de fluctuació. Hellings & Downs (1983) estimaren el límit superior d’aquesta radiació gravitacional isotròpica a través de dades dels púlsars PSR 1133 + 16, PSR 1237 + 25, PSR 1604-00 i PSR 2045-16. La corba Hellings-Downs es basa en la relativitat general, concretament en l’acció que el camp gravitatori de la Terra produiria sobre les ones gravitacionals. D’aquesta manera la correlació entre observacions i prediccions del període de dos radiopúlsars seria funció de la separació angular existent entre els dos radiopúlsar, és a dir la distància angular que presenten les seves posicions aparents en l’esfera celeste.

Ara fa uns tres, quan NANOgrav analitzava 12,5 anys de dades, hi havia un fort indici d’un procés comú de soroll vermell. En afegir ara 2,5 anys més d’observacions, ja tot indica que aquest soroll vermell és el producte del fons d’ones gravitacionals en el que la pròpia Terra es troba submergida.

L’avenç entre NANOgrav12.5 i NANOgrav15, és que en el segon s’hi han sumat línies de base més llargues, i les dades de 20 púlsars que no eren presents en el primer. També ha crescut la complexitat d’algoritmes, tècniques i codis emprats per NANOgrav i per altres projectes internacionals de periodicitat de púlsars. Tant les anàlisis freqüentistes com les bayesianes indiquen l’acció d’aquest fons d’ones gravitacionals.

Afzal et al. (2023) exploren les possibles interpretacions cosmològiques d’aquest fons d’ones gravitacionals, particularment pel que fa a la inflació còsmica, la inducció escalar d’ones gravitacionals, les transicions de fase de primer ordre, les cordes còsmiques i els murs de domini. Un ampli ventall de models cosmològiques pot reproduir el senyal observat per NANOgrav. Ara bé, cordes còsmiques estables originades en la teoria de camp no poden reproduir aquest senyal. Pel que fa a la interpretació estàndard dels forats negres massius binaris inspirals (SMBHBs) com a fonts d’ones gravitacionals, cal dir que molts altres models cosmològics ajusten molt millor. És això un indici d’una nova física? Afzal et al. s’hi resisteixen aquesta conclusió, ja que no tenim prou dades de la població SMBHB.

Afzal et al. també han explorat si en el senyal detectat per NANOgrav hi ha indicis de la presència de subestructures de matèria fosca (ultralleugera o no) en la Via Làctia. No n’hi troben, de manera que proposen uns límits superiors a les dimensions d’aquestes subestructures.

Lligams:

- Pàgina web de NANOGrav.

- NANOGrav’s 15-Year Data Release, comunicat de premsa de NANOGrav del 28 de juny.

- Focus on NANOGrav's 15 yr Data Set and the Gravitational Wave Background. The NANOGrav Collaboration. The Astrophysical Journal Letters. Article introductori.

- The NANOGrav 15 yr Data Set: Evidence for a Gravitational-wave Background. ApJL 951 L8 (2023)

- The NANOGrav 15 yr Data Set: Observations and Timing of 68 Millisecond Pulsars. ApJL 951 L9 (2023).

- The NANOGrav 15 yr Data Set: Detector Characterization and Noise Budget. ApJL 951 L10 (2023).

- The NANOGrav 15 yr Data Set: Search for Signals from New Physics. ApJL 951 L11 (2023).

Les setze tribus polítiques segons Cluster17

Cluster17 ha classificat la societat francesa en 16 clústers polítics. Aquests tenen correspondències amb la societat espanyola:
- 1) Els multiculturalistes, contraris al bloqueig de vaixells d'immigrants.
- 2) Els socialdemòcrates, contraris a la introducció d'un test intel·lectual per a concedir el dret de vot.
- 3) Els progressistes, contraris a la prohibició del canvi de sexe.
- 4) Els solidaris, partidarios de aumentar los impuestos a los ricos.
- 5) Els centristes, contraris a la sortida de la Unió Europea.
- 6) Els revoltats, partidaris de la possibilitat de destituir càrrecs electes.
- 7) Els apolítics, no són interessats en la política.
- 8) Els socialmonàrquics, són favorable a la prohibició del vel a la universitat
- 9) Els eclèctics no encaixen en cap dels grups establerts.
- 10) Els conservadors s'oposen a l'abolició de la monarquia.
- 11) Els liberals s'oposen a un referèndum pactat sobre la independència de Catalunya.
- 12) Els refractaris s'oposen a la reducció del consum de carn.
- 13) Els euroescèptics són favorables a la pena de mort per a terroristes.
- 14) Els patriotes són favorables al bloqueig de vaixells d'immigrants.
- 15) Els antiassistencialistes són favorables a la reducció del finançament d'assistència a immigrants irregulars.
- 16) Els identitaris són contraris a la concessió del vot a estrangers.

Les candidatures presentades a la circumscripció de Barcelona per a les eleccions generals del 23J2023

La Junta Electoral de Barcelona ha enumerat avui les candidatures presentades a la província de Barcelona per a les eleccions generals de juliol.

Les candidatures presentades al Congrés són les següents:
- 1. Partit dels Socialistes de Catalunya (PSC-PSOE) (PSC). La llista, encapçalada per Meritxell Batet, l'actual presidenta del Congrés, és integrada per 32 candidats i 10 suplents.
- 2. Frente Obrero (FO). La llista, encapçalada per Albert Balasch, és integrada per 32 candidats.
- 3. Partido Animalista Con el Medio Ambiente (PACMA). La llista, encapçalada per Iván Guijarro, és integrada per 32 candidats i 4 suplents.
- 4. Partido Popular/Partit Popular (PP). La llista, encapçalada per Nacho Martín Blanco, és integrada per 32 candidats i 10 suplents.
- 5. Partido Cannábico Luz Verde (PC-LV). Aquesta candidatura ha estat retirada.
- 6. Esquerra Republicana de Catalunya (ERC). La llista, encapçalada per Gabriel Rufián, és integrada per 32 candidats i 10 suplents.
- 7. Vox (Vox). La llista, encapçalada per Juan José Aizcorbe, és integrada per 32 candidats i 3 suplents.
- 8. Escons en Blanc (Escons en Blanc). La intenció dels membres de la llista, integrada per 32 candidats i 3 suplents, és no ocupar els escons del Congrés pels quals siguin elegits.
- 9. Sumar-En Comú Podem (Sumar-ECP). La llista, encapçalada per Aina Vidal, és integrada per 32 candidats i 10 suplents.
- 10. Junts (Junts). La llista, encapçalada per Miriam Nogueras, és integrada per 32 candidats i 10 suplents.
- 11. Caminando Juntos (CJ). La llista, encapçalada per Antonio Miranda, és integrada per 32 candidats i 2 suplents.
- 12. Candidatura d'Unitat Popular-Per la Ruptura (CUP-PR). La llista, encapçalada per Albert Botran, és integrada per 32 candidats i 10 suplents.
- 13. Partit Comunista dels Treballadors de Catalunya (PCTC). La llista, encapçalada per Domènec Merino, és integrada per 32 candidats i 1 suplent.
- 14. Recortes Cero (Recortes Cero). La llista, encapçalada per Nuria Suárez, és integrada per 32 candidats i 4 suplents.
- 15. Unidos por la Solidaridad Internacional (Unidos SI). La llista, encapçalada per Enric Martínez, és integrada per 32 candidats i 8 suplentes.
- 16. Partit Demòcrata Europeu Català-Espai CiU (PDeCat-E-CiU). La llista, encapçalada per l'independent Roger Montañola, és integrada per 32 candidats i 9 suplents.
- 17. Familia y Vida (PFyV). La llista, encapçalada per Josep Maria Clotet, és integrada per 32 candidats.

Les candidatures presentades al Senat són les següents:
- 1. 1. Manuel Cruz (PSC), amb dos suplents.
- 1. 2. Elena Vila (PSC), amb dos suplents.
- 1. 3. Gabriel Colomé (PSC), amb dos suplents.
- 2. 1. Dimitri Nagib Defranc Ceballos (PACMA), amb dos suplents.
- 2. 2. Luisa Claver (PACMA), amb dos suplents.
- 2. 3. Alejandro Cuesta (PACMA), amb dos suplents.
- 3. 1. José Tutusaus (PP), amb dos suplents.
- 3. 2. Mónica Parés (PP), amb dos suplents.
- 3. 3. Álvaro Benejam (PP), amb dos suplents.
- 4. 1. Joan Queralt (independent, amb el suport d'ERC), amb dos suplents.
- 4. 2. Ernest Maragall (ERC), amb dos suplents.
- 4. 3. Ana Maria Surra (ERC), amb dos suplents.
- 5. 1. Daniel Carmona (Vox), amb dos suplents.
- 5. 2. María del Mar Buscá (Vox), amb dos suplents.
- 5. 3. David Cosculluela (Vox), amb dos suplents.
- 6. 1. Marta Mullor (Escons en Blanc), amb dos suplents, i amb la intenció de no ocupar l'escó si surt elegida.
- 6. 2. Jose Antonio Del Hoyo (Escons en Blanc), amb dos suplents, i amb la intenció de no ocupar l'escó si surt elegit.
- 6. 3. Étel Gordo (Escons en Blanc), amb dos suplents, i amb la intenció de no ocupar l'escó en cas d'elecció.
- 7. 1. Laura Campos (Sumar-ECP), amb dos suplents.
- 7. 2. Concepción Abellán (Sumar-ECP), amb dos suplents.
- 7. 3. Pere Camps (Sumar-ECP), amb dos suplents.
- 8. 1. Antoni Castellà (Junts), amb dos suplents.
- 8. 2. Rosa Huguet (Junts), amb dos suplents.
- 8. 3. Antoni Morral (Junts), amb dos suplents.
- 9. 1. Juan Luis Fernández Miguélez (CJ), amb dos suplents.
- 10. 1. Ferran Peris (PCTC), amb dos suplents.
- 11. 1. Antonina Rodrigo (Recortes Cero), amb dos suplents.
- 11.2. Antonio de la Pueta (Recortes Cero), amb dos suplents.
- 11. 3. Pilar Ruiz Palacios (Recortes Cero), amb dos suplents.
- 12. 1. Ángel-Luis Garcia Martinez (Unidos SI), amb dos suplents.
- 13. 1. Lorena Iglesia (PDeCAT-E-CiU), amb dos suplents.

Dotze coalicions electorals per al 23J

El 23 de juliol se celebraran a Espanya eleccions generals. Un dels primers passos és la presentació de coalicions electorals. Aquestes són les que s'han constituït de manera vàlida davant de la Junta Electoral Central:
- Ahora Canarias - Partido Comunista del Pueblo Canario (Ahora Canarias-PCPC). Coalició formada per Ahora Canarias i el Partido Comunista del Pueblo Canario. El seu àmbit són les Canàries.
- Candidatura d'Unitat Popular-Per la Ruptura (CUP-PR). Coalició formada per Candidatura d'Unitat Popular i Capgirem. El seu àmbit és Catalunya i les Illes Balears.
- Resistencia Popular (RP). Coalició formada pel Partido del Trabajo Unificado, Democracia Efectiva i Unión Republicana. El seu àmbit és estatal.
- Izquierdas por la Independencia. Coalició formada per l'Esquerra Republicana de Catalunya i Euskal Herria Bildu. El seu àmbit és el Senat pel que fa al País Basc, Navarra i Catalunya.
- Estat Valencià del Benestar (EVB). Coalició formada per Via Mediterrània i República Valenciana-Partit Valencianiste Europeu. El seu àmbit és la Comunitat Valenciana.
- Decidix-Los Verdes Ecopacifistas (Decidix-Centro Moderado). Coalició formada per Decidix i Los Verdes Ecopacifistas. El seu àmbit és la Comunitat Valenciana.
- Partit Demòcrata Europeu Català-Espai CIU (PDeCAT-E-CiU). Coalició formada pel Partit Demòcrata Europeu Català i l'Espai CiU. El seu àmbit és Catalunya.
- Junts. Coalició formada per Junts per Catalunya, el Moviment d'Esquerres de Catalunya i Demòcrates de Catalunya. El seu àmbit és Catalunya.
- Existe. Coalició formada per Teruel Existe, Aragón Existe i España Vaciada. El seu àmbit és Aragó.
- Bloque Extremeño (BQEX). Coalició formada per Extremeños Prex Crex, Juntos por Extremadura, Cáceres Viva i Partido Extremeñista-Extremeñistas-Partido de los extremeños. El seu àmbit és Extremadura.
- Recortes Cero. Coalició formada per la Unificación Comunista de España, Demos+ i Viva!. El seu àmbit és estatal.
- Sumar. Coalició formada per Movimiento Sumar, Podemos, Izquierda Unida, Más País, Verdes Equo, Más Madrid, En Comú Podem, Catalunya en Comú, Coalició Compromís, Més-Compromís, Iniciativa del Poble Valencià, Verds Equo del País Valencià, Chunta Aragonesista, Partido Drago Canarias, Més per Mallorca, Més per Menorca, Batzarre-Asamblea de Izquierdas, Iniciativa del Pueblo Andaluz, Alianza Verde i Izquierda Asturiana. El seu àmbit és estal.