Com que aspirem a conservar una "disponibilitat permanent" d'esperit cal que ens esforcem per ser persones d'escasses conviccions. I per començar, cal combatre les conviccions segons les quals “no-hi-ha-alternativa-al-millor-dels-móns-possibles-que-és-casualment-aquest”
Intel·ligència artificial: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Física d'enguany a John J. Hopfield i a Geoffrey E. Hinton "per descobertes i invencions fundacionals que permeten l'aprenentatge automàtic amb xarxes neurals artificials". Hopefield i Hinton es repartiren el premi a parts iguals.
Esquema d’una xarxa de Hopfield de quatre nodes. Cada node té un llindar a partir del qual passa de l’estat ‘off’ a l’estat ‘on’. L’estat de la xarxa neural consisteix en identificar quins nodes es troben en estat ‘on’ en cada moment.
John J. Hopfield
John Joseph Hopfield (*Chicago, 15.7.1933) és fill del matrimoni format pels físics John Joseph Hopfield (1891-1953) i Helen S. Hopfield (1899-1989). Es graduà en física al Swarthmore College de Pennsylvania (1954). La seva tesi doctoral a la Cornell University, que defensà reeixidament en el 1958, realitzada sota la supervisió d’Albert Overhauser (1925-2011), tractava d’una teoria de mecànica quàntica sobre la contribució dels excitons-polaritons a la constant dielèctrica de cristalls. Després investigà durant dos anys l’estructura d’hemoglobina al grup de biologia teòrica dels Bell Laboratories. Successivament fou professor de física a la University of California, Berkeley; de física a la Princeton University; de química i biologia al California Institute of Technology; i finalment ocupà la plaça Howard A. Prior de biologia molecular a Princeton. En el 1974 descrigué una de les vies cinètiques responsables de la reducció d’errors en processos biosintètics com ara la replicació de l’ADN (Hopfield, 1974). En el 1986 fou un dels fundadors del programa doctoral de Computació i Sistemes Neurals del Caltech. Actualment és professor emèrit de biologia molecular a la Princeton University.
Geoffrey E. Hinton
Geoffrey E. Hinton (*Londres, 6.12.1947) es formà al Clifton College de Bristol i al King’s College de Cambridge, on passà successivament per les ciències naturals, la història de l’art i la filosofia. En el 1970 es graduà en psicologia experimental. Realitzà una tesi doctoral sobre el rol de la relaxació en la visió a la University of Edinburgh, sota la supervisió de Christopher Longuet-Higgins (1923-2004), que defensà reeixidament en el 1978. Passa després per la MRC Applied Psychology Unit de la University of Sussex, per la University of California, San Diego i la Carnegie Mellon University. Fou el primer director de la Gatsby Charitable Foundation Computational Neuroscience Unit al University College London. Fou fundador de la companyia DNNresearch Inc., que el 2013 fou adquirida per Google, i per això treballà en el programa Google Brain des de llavors fins el 2023. Actualment és professor emèrit del Department of Computer Science del University College of Toronto. També és assessor del programa Learning in Machines & Brains del Canadian Institute for Advanced Research.
Xarxes neurals artificials
John J. Hopfield i Geoffrey E. Hinton utilitzaren eines físiques per posar les bases de l'aprenentatge mecànic mitjançant xarxes neurals artificials. Hopfield creà una estructura amb memòria associativa que pot emmagatzemar i reconstruir informació (com ara imatges). Hinton inventà un mètode que pot descobrir independentment propietats en una sèrie de dades (com ara identificar elements en imatges).
Les xarxes neurals artificials s'inspiren en les connexions sinàptiques entre neurones del cervell i d'altres regions del sistema nerviós d'animals. Els nodes de la xarxa neural artificial són anàlegs a les neurones i tenen valor intrínsec relacionat amb la seva potència. Els nodes de la xarxa poden connectar entre ells (en analogia a les sinapsis neuronals). La plasticitat d'una xarxa neural consisteix fonamentalment en la potenciació o repressió d'aquestes connexions. L'ensinistrament de la xarxa pot consistir en l'enfortiment de la connexió entre nodes d'alt valor.
La xarxa de Hopfield, desenvolupada a principi dels anys 1980, empra com a base física l'espín atòmic (Hopefield, 1982). L'entrenament consisteix en la minimització de l'energia del sistema, en el benentès que cada node pot adoptar dos valors, on i off. Això fou assajat amb la interpretació d'imatges incompletes o distorsionades, cosa que es podia assolir amb una xarxa formada per 30 nodes, un total de 435 connexions i mig miler de paràmetres. Les xarxes de Hopfield tenen la capacitat d’emmagatzemar patrons i el mètode per recrear-los. Amb David W. Tank les desenvolupà com a eina de computació (Hopfield & Tank, 1985; Hopfield & Tank, 1986). Les xarxes modernes de Hopfield aconseguiren ampliar la capacitat d’emmagatzematge de memòria (Krotov & Hopfield, 2016).
Juntament amb David Ackley i Terry Sejnowski (*1947), Hinton inventà les màquines de Boltzmann com a contrapartida estocàstica i generativa de les xarxes de Hopfield (Ackley et al., 1985). La màquina de Boltzmann pot aprendre a reconèixer elements característics d’una sèrie de dades. El seu fonament procedeix de la com física estatística tracta els sistemes integrats per nombrosos components similars a través de les equacions formulades per Ludwig Boltzmann (1844-1906). L’entrenament de la màquina de Boltzmann es fa amb exemples que molt probablement sorgiran quan aquesta entri en funcionament. Entre les aplicacions de la màquina de Boltzmann hi ha la classificació d’imatges o la creació de nous exemples d’un tipus de patró.
La màquina de Boltzmann funciona habitualment amb dos tipus de nodes. Els nodes visibles (v) són els que reben l’input d’informació. La resta (h) són nodes amagats. Així doncs hi ha dues capes, una visible i una amagada. En el funcionament de la màquina hi ha una o més normes que indiquen com s’actualitzen els valors de nodes a cada pas. Després d’una sèrie de passes, les propietats de la xarxa són fixades, per bé que continua evolucionat el patró dels nodes. Cada patró possible té una probabilitat específica determinada per l’energia de la xarxa segons l’equació de Boltzmann.
A la UC San Diego, Hinton, juntament amb David E. Rumelhart (1942-2011) i Ronald J. Williams (1945-2024), aplicà l’algoritme de propagació inversa d’errors a xarxes neurals de multinivell (Rumelhart et al., 1986).
L’aprenentatge de la màquina de Boltzmann no es fa mitjançant instruccions preestablertes, sinó per l’input d’exemples als quals s’ha d’adaptar. Hinton et al. (2006) introduïren un algoritme d’aprenentatge ràpid per a xarxes profundes. La xarxa és integrada per una sèrie de màquines de Boltzmann disposades en capes. Mitjançant un pre-entrenament, les connexions queden optimitzades de cara a l’entrenament posterior. Això fou assajat en el reconeixement d’elements en imatges.
Biologia molecular: L’Assemblea Nobel del Karolinska Institutet ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Medicina o Fisiologia a Victor Ambros i Gary Ruvkun "per la descoberta del microRNA i del seu rol en la regulació gènica post-transcripcional". Aquesta descoberta es realitzà en el 1993 en l'organisme model Caenorhabditis elegans. Ambros i Ruvkun es repartiran el premi en parts iguals.
Victor Ambros
Victor Ambros (*Hanover, New Hampshire, 1.12.1953) pujà com a fill d’un refugiat polonès de guerra, Longin Ambros, en el si d’una família de vuit germans en una petita granja lletera de Hartland, a Vermont. Es graduà en biologia al Massachusetts Institute of Technology (1975). Allà realitzà la tesi doctoral sota la supervisió de David Baltimore (*1938) sobre la proteïna que es troba unida covalentment a l’extrem 5’ de l’ARN genòmic del poliovirus, que defensà reeixidament el 1979. Llavors s’integrà com a investigador postdoctoral al laboratori de H. Robert Horvitz (*1947), també en el MIT. El 1984 passà a la Harvard University, i el 1992 al Dartmouth College. En el 2008 s’integrà a la University of Massachusetts Medical School. Actualment és professor del programa de medicina molecular i professor Silverman de Ciències Naturals a la UMass Chan Medical School, amb seu a Worcester. El seu laboratori treballa en microRNAs i en el control genètic del desenvolupament animal, amb C. elegants com a principal organisme model.
Gary Ruvkun
Gary Bruce Ruvkun (*Berkeley, 26.3.1952) és fill de Samuel Ruvkun i Dora Gurevich. Es graduà en biofísica a la University of California, Berkeley (1973). Es doctorà en biofísica al laboratori de Frederick M. Ausubel (*1945), amb una tesi sobre la genètica molecular de la fixació de nitrogen del bacteri simbiont de llegums Ensifer meliloti, que defensà reeixidament en el 1982. Després passà pel laboratori de Robert Horvitz al MIT i pel de Walter Gilbert (*1932) a Harvard. Actualment és professor de genètica al Massachusetts General Hospital i a la Harvard Medical School, amb seu a Boston. El seu laboratori a la Harvard Medical School treballa en els mecanismes dels microRNA i dels ARN d’interferència, en l’anàlisi genètica de les interaccions microbiòmiques entre bacteris i animals, en el control neuroendocrí de la destoxificació, la immunitat, l’envelliment i l’astrobiologia.
Els microARN en la regulació gènica
El dogma central de la biologia molecular, tal com el formulava Francis Crick en el 1958, assumia que l'àcid desoxirribonucleic (ADN) és el portador de la informació genètica, i aquesta informació era transcrita en àcid ribonucleic (ARN), i l'ARN traduït en proteïna. Una sèrie de proteïnes, alhora, catalitzen les reaccions de replicació i reparació de l'ADN, de transcripció i de traducció. L'ADN resideix en el nucli cel·lular, com a genoma compartit per totes les cèl·lules d'un organisme. Allò que fa diferent a cada tipus cel·lular és el nivell d'expressió de cada gen. I aquesta expressió consisteix en la transcripció del gen d'ADN en un ARN missatger (ARNm) que surt del nucli i és traduït en els ribosomes en una proteïna específica. Val a dir que aquests ribosomes són complexos de proteïnes i d'ARN (ARN ribosòmic). Un tercer tipus d'ARN (ARN de transferència) s'encarregaria de transferir els aminoàcids que s'integraran a les proteïnes de nova síntesi.
Aquest esquema és essencialment vàlid però també és incomplet. No captura tota la complexitat reguladora que fa que a partir d'un mateix genoma hi hagi centenars de tipus cel·lulars, canvis al llarg del cicle vital i una plasticitat influenciable pel medi extern. L'expressió gènica es regulada per proteïnes que actuen com a factors de transcripció, és a dir com a reguladors transcripcionals, determinant el nivell de síntesi de cada ARNm. Altres proteïnes actuen en el pas següent i són reguladors post-transcripcionals.
Vol dir això que l'ARN és un mer pont entre ADN i proteïna? Ja en el 1962 Alexander Rich havia postulat que l'ARN havia estat la primera molècula biològica amb un doble rol hereditari i efector. A principi dels 1980 hom posà de manifest l'existència de ribozims (enzims d'ARN), i el coneixement sobre la maduració de l'ARN a partir de l'anomenat ARN heterogeni nuclear (ARNhn) obria noves perspectives sobre el rol de l'ARN en la regulació gènica pre- i post-transcripcional.
Els treballs d'Ambros i de Ruvkun sobre la diferenciació cel·lular en C. elegans conduïren a la descripció d'una nova classe de petits ARN, els microRNA. Avui sabem que el genoma humà conté més d'un miler de gens de microRNA.
Microfotografia d’un individu adult hermafrodia de ‘C. elegans’ obtinguda per Zeynep F. Altun per www.wormatlas.org.
A final dels 1980 Ambros i Ruvkin eren investigadors postdoctorals al laboratori de Robert Horvitz. Treballaven en C. elegans sobre la regulació de gens implicats en els programes de diferenciació cel·lular. L'adult hermafrodita té una dotació final de 959 cèl·lules després d'una sèrie de duplicacions i diferenciacions altament regulada. Els mutants lin pateixen alteracions d'aquesta regulació dels llinatges cel·lulars. Ambros i Ruvkin estudiaven els mutants lin-4 i lin-14. Ambros havia conclòs que el gen lin-4 era un regulador negatiu (o inhibidor) del gen lin-14. Ambros i Ruvkin es proposaren d’investigar el mecanisme pel qual lin-4 reprimia l’expressió del gen lin-14.
Ja instal·lat Ambros en el seu nou laboratori a Harvard, prosseguí la recerca sobre el mutant lin-4. Aconseguí la clonació del mitjançant una estratègia metòdica de mapatge gènic. Ambros descobrí llavors que el gen lin-4 no responia al patró clàssic de gen codificador de proteïna. El seu producte gènic final era un ARN de baix pes molecular, que per això va rebre la denominació de microRNA. La seqüència del microRNA era de tan sols 22 nucleòtids: AGUGUGAACUCCAGAGUCCCU. Ambros hipotesitzà que aquest microRNA era el responsable de la repressió del gen lin-14.
Paral·lelament Ruvkun continuà la recerca sobre el gen lin-14 en el seu nou laboratori format a cavall del Massachusetts General Hospital i la Harvard Medical School. La clonació de lin-4 permeté estudiar el mecanisme d’inhibició de lin-14. Inicialment pensà que el producte gènic de lin-4 seria capaç de reprimir l’expressió del gen lin-14 a través d’una reducció de la transcripció d’aquest gen, és a dir de la síntesi d’ARNm de lin-14. Però aquest no era el cas, i calia pensar que lin-4 era un modulador post-transcripcional de lin-14, és a dir que actuava en algun moment de l’etapa en la que la informació genètica va de l’ARNm a la proteïna lin-14. Ruvkun aconseguí la clonació del gen lin-14. La seqüenciació revelava l’existència d’una regió complementària a la seqüència del microRNA-lin-12. La seqüència d’aquesta regió de lin-14 era CUCACAACCAACUCAGGGA, de manera que hi havia dues zones de complementarietat, una primera de cinc nucleòtids, i una segona de set nucleòtids (Lee et al., 1993).
Rosalind C. Lee és la primera autora de la publicació de la revista Cell del 1993 en la que es comunicava que el gen heterocrònic lin-4 codifica un petit ARN amb una seqüència antisentit complementària al gen lin-14. En aquest treball explicaven la clonació del gen lin-4 per camí cromosòmic en ‘C. elegans’, i la capacitat del gen clonat de restaurar la funcionalitat de mutants lin-4. Constataven que el gen lin-4 no codifica cap proteïna, però sí trobaren dos petits transcrits de 22 i de 61 nucleòtids, els quals contenien seqüències complementàries a un element repetit en la seqüència de la regió no-traduïda 3’ de l’ARNm de lin-14.
El segment de l’ARNm de lin-14 amb complementarietat amb el microRNA de lin-4 és necessari perquè lin-4 pugui inhibir l’expressió de lin-14 a nivell posttranscripcional. Els experiments d’Ambros i Ruvkun mostraren que el microRNA lin-4 aconsegueix la repressió de l’ARNm lin-14 a través de la unió d’ambdós per les seqüències complementàries. Aquesta repressió impedeix que l’ARNm de lin-14 sigui traduït a proteïna (Whigtman et al., 1993).
Bruce Wightman és el primer autor de l’article de la revista Cell en el que s’elucidava el mecanisme de regulació posttranscripcional del gen lin-14 per lin-4. En la regió 3’ no-traduïda de l’ARNm de lin-14 hi ha seqüències complementàries al microRNA de lin-4. La formació consegüent de dúplex d’ARN interfereix en la traducció de l’ARNm-lin14, amb la consegüent caiguda en la producció de la Lin-14p.
Inicialment la regulació posttranscripcional d’un gen per un altre a través d’un microRNA fou considerada una nota al peu de pàgina del model general de la regulació transcripcional mitjançant per proteïnes d’unió a ADN. Al capdavall el gen lin-4 és relativament específic de nematodes com C. elegans. Això va començar a canviar amb la troballa de nous exemples de microRNAs. En el 2000, el grup de recerca de Ruvkun descobria el microRNA codificat pel gen let-7 (Pasquinelli et al., 2000). El gen let-7 té homòlegs en tot el regne animal. En l’actualitat hom coneix més de 1000 microRNAs codificats en el genoma humà.
Amy Pasquinelli és la primera autora de l’article de Nature en el que es comunicava la conservació de la seqüència i de l’expressió temporal de l’ARN regulador heterocrònic del gen let-7. Si el microRNA de lin-4 de 22 nucleòtids és necessari per transitar de la primera fase larval a la segona en ‘C. elegans’, el microRNA de let-7 de 21 nucleòtids ho és per passar de la darrera fase larval a l’adult. El microRNA de let-7 és present en un ample ventall d’espècies animals, com ara vertebrats, ascidis, hemicordats, mol·luscs, anèl·lids o artròpodes, però no ho és pas ni en cnidaris, ni en porífers, ni en llevats, ni en bacteris ni en plantes. El microRNA de let-7 apareix com a regulador temporal en els estadis larvals finals d’insectes, en adults de mol·luscs o en embrions de peix.
Els microRNAs regulen l’expressió gènica a través de la inhibició de la síntesi de proteïna i/o la degradació de l’ARNm. En termes generals, un microRNA sol ser capaç de regular l’expressió de nombrosos gens diferents. Alhora, un gen pot ésser regulat per tota una llista de microRNAs. Exactament com s’havia vist amb les proteïnes d’unió a ADN que fan de factors de transcripció, som davant d’una autèntica xarxa d’interacció entre gens.
Habitualment el concepte de microRNAs inclou els ARN d’interferència. L’ARNi participa en plantes com a mecanisme immunitari front virus. Aquesta interferència ha estat aprofitada com a eina biotecnològica de modulació gènica.
- Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA. Amy E. Pasquinelli, Brenda J. Reinhart, Frank Slack, Mark Q. Martindale, Mitzi I. Kuroda, Betsy Maller, David C. Hayward, Eldon E. Ball, Bernard Degnan, Peter Müller, Jürg Spring, Ashok Srinivasan, Mark Fishman, John Finnerty, Joseph Corbo, Michael Levine, Patrick Leahy, Eric Davidson, Gary Ruvkun. Nature 408: 86-89 (2000).
Biologia cel·lular: La senescència cel·lular es defineix a partir de la presència de marcadors moleculars com p16Ink4a. El grup de recerca de Bin Zhou, professor adjunt distingit de l’Acadèmia Xinesa de Ciències, treballa en traçabilitat de llinatge i plasticitat cel·lular, i ha aplicat la genètica interseccional per traçar i manipular tipus cel·lulars p16Ink4a+. Ho expliquen en un article a la revista Cell, amb Huan Zhao de primer autor. Zhao et al. han generat eines genètiques in vivo en un model de ratolí al voltant de la p16Ink4a: Sn-pTracer per traçar-la; Sn-cTracer per a eliminar cel·lules portadores; i Sn-gTracer per fer-hi manipulacions gèniques. Aquestes eines són específiques de tipus cel·lular. Així troben que les subpoblacions senescents de macròfags i de cèl·lules endotelials juguen papers diferents en un model de dany i reparació hepàtica. Així els macròfags senescents afavoreixen el dany hepatocel·lular, mentre que els endoteliòcits senescents mitiguen el dany hepàtic. Aquest rol protector dels endoteliòcits senescents es veu enfortit si se’ls fa sobreexpressar Kdr, contribuint a una reducció marcada de la fibrosi hepàtica. Zhao et al. ens mostren una vegada més que la senescència cel·lular juga un paper en la regeneració i en la malaltia, però adverteixen que les futures teràpies senolítics haurien de prendre en consideració les diferències que presenta cada tipus cel·lular.
Zhao et al. troben en un model de ratolí que l’eliminació de macròfags senescents p16Ink4a+ pal·lia la fibrosi hepàtica. Ara bé, l’eliminació de cèl·lules endotelials senescents p16Ink4a+ dificulta la reparació del dany hepàtic. Tot plegat indica que la senescència té rols funcionals diferents segons el tipus cel·lular.
La senescència cel·lular
En el 1961 els estudis de cultiu cel·lular in vitro fets pel grup de recerca de Leonard Hayflick establiren que hi havia un límit en el nombre de resembres d’aquests cultius. Així hom definí un ‘límit de Hayflick’, que variava proporcionalment a la longevitat de l’espècie de partida. El límit de Hayflick s’associava a la senescència cel·lular. En les darreres dècades ha crescut el coneixement sobre el rol de la senescència cel·lular en la fisiologia (desenvolupament, envelliment) i en la patologia (càncer, malalties degeneratives). La senescència cel·lular no tan sols depèn de factors endògens, sinó que es pot veure accelerada per estrès exogen.
Inicialment el límit de Hayflick s’assolia quan una població cel·lular ja no pot prosseguir el seu cicle de divisió. L’aturada del cicle cel·lular s’explica per l’expressió de proteïnes inhibidores de la cinasa dependent de ciclina (CDK) com són la p16Ink4a o la p21CIP1. Un altre marcador de la senescència de l’activitat beta-galactosidasa (SA-β-Gal), però també hi ha un fenotip secretori associat a la senescència (definit per quimiocines, interleucines, factors de creixement, proteases remodeladores de teixit, etc.).
Zhao et al. són del parer que la conseqüència funcional de la senescència cel·lular depèn del tipus cel·lular concret. Per seguir aquesta conseqüència funcional cal definir un marcador concret, i ells opten, com fan molts altres grups, per p16Ink4a. Aquesta proteïna inhibeix CDK4/6, la qual cosa condueix a una dificultat en la progressió del cicle cel·lular des de la primera fase de creixement (fase G1) a la fase de replicació de l’ADN nuclear (fase S). En ratolins joves i sans la proporció de cèl·lules p16Ink4a+ és gairebé indetectable, però n’hi ha una acumulació en teixits de ratolins vells o malalts.
Hom ha assajat procediments senolítics que actuen a través de l’eliminació selectiva de cèl·lules p16Ink4a+. En ratolins la senolisi actua de manera generalment favorable. Ara bé, també comporta alguns aspectes negatius, ja que cèl·lules senescents participen en processos de supressió de tumors, desenvolupament embrionari, cicatrització de ferides, creixement de pèl, etc. Aquesta contradicció aparent, sostenen Zhao et al., s’explica per diferències de tipus cel·lular.
Una diversitat de tipus cel·lulars senescents
La proteïna p16Ink4a és el producte del gen Cdkn2a. Zhao et al. han generat una nova línia reportadora a través de fluorescència que han denominat p16-tdT. Per fer-ho han inserit un casset tdTomato (tdT) després del gen endogen Cdkn2a. Així han aconseguit ratolins amb un al·lel p16-tdT.
A partir d’embrions de ratolins p16-tdT en l’estadi E-13,5, Zhao et al. obtenien fibroblasts MEFs. En subcultivar-los repetidament in vitro aquests MEFs desenvolupaven ja a partir del passatge 6 un augment de marcadors senescents (augment de SA-β-Gal i reducció de Ki67). Per immunohistoquímica i citometria de flux específica de tdT podien seguir l’augment d’aquesta senescència.
Zhao et al. seguiren en ratolins p16-tdT de diferents edats l’expressió de tdT. Observaren un augment general amb l’edat. En el cervell de ratolins vells, les cèl·lules p16Ink4a+ són predominantment neurones del còrtex cerebel·lar. En el pàncrees de ratolins vells, les cèl·lules p16Ink4a+ solen ésser cèl·lules endocrines dels illots de Langerhans.
Zhao et al. intentaren generar ratolins que tinguessin un al·lel nul per al gen p16Ink4a, però sense poder marcar així les cèl·lules. Optaren alternativament per inserir un casset CreER en l’extrem 3′ del gen p16Ink4a. Creuaren els ratolins p16-CreER resultants amb ratolins R26-tdT, i comprovaren que els ratolins p16-CreER;R26-tdT presentaven un augment de cèl·lules tdT+ en múltiples teixits.
Caracterització dels tipus cel·lulars p16Ink4a+ d’un model de fibrosi hepàtica
La fibrosi hepàtica consisteix en una deposició excessiva de matriu extracel·lular, com a conseqüència de l’activació i proliferació de miofibroblasts. En ratolins hom pot induir fibrosi en la zona pericentral del fetge amb l’exposició a tetraclorur de carboni (CCl4) durant vuit setmanes.
Zhao et al. induïren així fibrosi hepàtica en ratolins p16-tdT. Les imatges de fluorescència indicaven un augment del senyal tdT en fetges de ratolins exposats a CCl4 en comparació amb ratolins exposats a oli.
Zhao et al. feren anàlisis immunohistològics dels fetges afectats amb marcadors específics de tipus cel·lular, com HNF4α (hepatòcits), PDGFRα (fibroblasts), PDGFRβ (perícits), F4/80 (macròfags), CDH5 (endoteliòcits). El senyal tdT s’associava amb subpoblacions de fibroblasts, endoteliòcits i macròfags, però amb prou feines ho feia amb hepatòcits. Les anàlisis de citometria de flux indicaven expressió de tdT en el 14,41% ± 1,63% dels macròfags CD45+CD11b+F4/80+ i en el 13,76% ± 1,38% dels endoteliòcits CD45−CD31+. Això era confirmat amb la seqüenciació d’ARN (scRNA-seq) de cèl·lules no-parenquimals.
Zhao et al. aïllaren macròfags i endoteliòcits p16Ink4a+ per fer-hi un perfil d’expressió gènica. El perfil era propi de cèl·lules senescents.
En una altra sèrie d’experiments, ratolins p16-tdT eren sotmesos a una alimentació deficient en colina. Això condueix a una esteatohepatitis no-alcohòlica. El fetge d’aquests ratolins mostrava una gran proporció de cèl·lules tdT+, particularment macròfags i endoteliòcits. L’anàlisi scRNA-seq confirmava el caràcter senescent d’aquestes cèl·lules.
La traçabilitat genètica de cèl·lules p16Ink4a+ en el dany i en la reparació hepàtiques
El sistema Sn-pTracer permet Zhao et al. de seguir el destí cel·lular. Aquest sistema funciona amb un pols de tamoxifen (a través de la casset Cre). Creuaren doncs línies cel·lulars amb ratolins amb construccions p16-CreER i R26-RL-tdT, obtenint ratolins F4/80-Dre;p16-CreER;R26-RL-tdT i Cdh5-DreER;p16-CreER;R26-RL-tdT. En aquests ratolins el tractament amb tamoxifen promou l’expressió de tdT o bé en macròfags (F4/80-Dre;p16-CreER;R26-RL-tdT) o en endoteliòcits (Cdh5-DreER;p16-CreER;R26-RL-tdT).
Ratolins SnMø-pTracer eren tractats amb tamoxifen i CCl4. D’aquesta manera hom podia tenir un marcatge específic dels macròfags senescents durant el dany hepàtic. Vora un 9% dels macròfags eren senescents. Després de les vuit setmanes d’administració de CCl4 segueix un procés de recuperació hepàtica, en el decurs del qual desapareixen aquests macròfags senescents, fonamentalment per apoptosi.
Ratolins SnEC-pTracer foren tractats amb tamoxifen i CCl4. El dany hepàtic comportava un augment dels endoteliòcits senescents, que arribaven al 10%. En la recuperació hepàtica ulterior aquesta proporció es mantenia, però els marcadors de senescència d’aquesta subpoblació es veien reduïts.
L’ablació genètica de macròfags p16Ink4a+ millora la fibrosi hepàtica
Zhao et al. desenvoluparen un sistema Sn-cTracer, amb el qual registraven les cèl·lules p16Ink4a+ sense dependre d’una administració continuada de tamoxifen. Així generaren una línia de ratolins p16-LSL-Dre, que creuaren amb ratolins R26-iCre i R26-RSR-tdT. Resultaren uns ratolins Cd68-Cre;p16-LSL-Dre;R26-RL-tdT-DTR. En aquest model l’administració de toxina diftèrica condueix a l’ablació de macròfags senescents. L’ablació d’aquests macròfags protegeix front la fibrosi induïda per CCl4.
Els endoteliòcits p16Ink4a+ participen en la reparació hepàtica
En ratolins Cdh5-CreER;p16-LSL-Dre;R26-RL-tdT-DTR, els endoteliòcits senescents persisteixen durant el procés de recuperació hepàtica posterior a l’administració de CCl4. L’administració de toxina diftèria en aquest model condueix a l’ablació específica d’endoteliòcits senescents: el resultat és una major persistència de la fibrosi durant el període de recuperació.
En altres experiments Zhao et al. comproven com la promoció de l’expressió de Kdr reforça el rol reparador dels endoteliòcits senescents en la recuperació hepàtica. Kdr és un receptor de la via de senyalització de VEGF, rellevant en l’angiogènesi.
Senòlisis més específiques
Zhao et al. consideren que aquests resultats indiquen la importància de fer una recerca específica de tipus cel·lular quan hom s’adreça a la senescència cel·lular o a estratègies senolítiques.
Des d’un punt de mira tecnològic, Zhao et al. ens ofereixen fins a quatre sistemes d’estratègies genètiques per a l’estudi de cèl·lules p16Ink4a+.
Lligams:
- Identifying specific functional roles for senescence across cell types. Huan Zhao, Zixin Liu, Hui Chen, Maoying Han, Mingjun Zhang, Kuo Liu, Hengwei Jin, Xiuxiu Liu, Mengyang Shi, Wenjuan Pu, Markus Werner, Michael Meister, Stefan G. Kauschke, Ruilin Sun, Jinjin Wang, Ruling Shen, Qing-Dong Wang, Xin Ma, Jan S. Tchorz, Bin Zhou. Cell (2024)
Epidemiologia: La geògrafa Brittany Krzyzanowski és la primera autora d’un estudi poblacional sobre la relació entre la contaminació atmosfèrica i la malaltia de Parkinson que publicava ahir la revista JAMA. Per contaminació atmosfèrica entenen bàsicament la pols en suspensió de mida igual o inferior a 2,5 μm (PM2,5), així com els nivells de diòxid de nitrogen (NO2). Krzyzanowski et al. inclouen en el seu estudi 346 pacients amb malaltia de Parkinson aparellats amb 4813 controls sense la malaltia. Troben que l’exposició als citats contaminants atmosfèrics s’associa amb un augment de risc de patir la malaltia de Parkinson o de desenvolupar discinèsia. Entre els pacients de Parkinson, l’exposició elevada a PM2,5
s’associa a un augment de risc de caure en el subtipus de Parkinson acinètic i rígid. Caldria pensar que una reducció de la contaminació atmosfèrica ajudaria a reduir el risc de patir la malaltia de Parkinson, alhora que modificaria el fenotip de la malaltia i el risc de patir discinèsia entre els propis afectats. L’estudi s’ha realitzat en el marc del Rochester Epidemiology Project (1998-2015). Les dades foren analitzades entre el gener i el juny d’enguany. Les dades d’exposició anual mitjana a les PM2,5 es corresponen al període 1998-2015, i les de NO2 al període 2000-2014. Com a resultats d’interès epidemiològic foren definits el risc de patir malaltia de Parkinson, la mortalitat en general, la presència d’una malaltia de Parkinson amb predomini de tremolor o bé una malaltia rígida i acinètica, i el desenvolupament de la discinèsia. Els models foren ajustats per edat, sexe, raça i etnicitat, any d’inclusió, i si vivien en una àrea rural o urbana. Dels 346 pacients amb malaltia de Parkinson, 216 eren homes; l’edat mediana era de 72 anys, amb un rang interquartílic de 65 a 80 anys. Els 4813 controls reproduïen la mateixa sex ratio i distribució d’edat. El quintil de major exposició a PM2,5 en àrees metropolitanes tenia un 23% de major risc de patir malaltia de Parkinson. Quelcom semblant s’observava amb el quintil de major exposició a NO2, amb un 13% de major risc de patir Parkinson. La contaminació atmosfèrica s’associava amb un 36% de major risc de patir una forma de Parkinson rígida i acinètica. L’associació entre contaminació atmosfèrica i discinèsia és significativa; en canvi no ho és entre contaminació atmosfèrica i la mortalitat general entre pacients de Parkinson.
Krzyzanowski et al. han estimat el risc relatiu de desenvolupar la malaltia de Parkinson d’acord amb l’exposició mitjana anual a partícules en suspensió de menys de 2,5 micres de diàmetre.
Malaltia de Parkinson i contaminació atmosfèrica
La malaltia de Parkinson és una malaltia neurodegenerativa amb una prevalença mundial del 2% entre els majors de 70 anys. L’envelliment de la població farà triplicar el nombre de pacients de Parkinson en els propers 20 anys, però això no ho explica tot. Per això s’han proposat diverses teories al voltant de l’augment d’incidència de la malaltia de Parkinson: factors ambientals, predisposició genètica, etc. Hi ha tota una sèrie d’estudis que han assenyalat que la contaminació atmosfèrica, especialment en forma d’aerosols PM2,5, augmentaria el risc de patir malaltia de Parkinson. Val a dir que les PM0,1 són prou petites com per creuar la barrera hematoencefàlica, i provocar inflamació, estrès oxidatius, activació glial i altres processos en el sistema nerviós. PM0,1 i NO2, com a contaminants atmosfèrics, comparteixen origen en el trànsit de vehicles amb motor de combustió. D’altra banda, diversos estudis han identificat el NO2 com a factor de risc de Parkinson.
Krzyzanowski et al. són especialment interessats en la relació entre la contaminació atmosfèrica i algunes manifestacions fenotípiques del Parkinson o en la resposta al tractament mèdic d’aquesta malaltia. Per això han aprofitat dades recollides pel Rochester Epidemiology Project.
Població d’estudi
Aquest estudi cas-control rebé l’aprovació del comitè institucional de la Mayo Clinic. El comitè tingué present que tant pacients com controls havien autoritzat l’ús de registres mèdics amb finalitats de recerca en el marc de la legislació de Minnesota.
Krzyzanowski et al. començaren per la identificació de pacients amb malaltia de Parkinson diagnosticats al comtat d’Olmstead, Minnesota, entre el 1991 i el 2015, i que eren presents en el Rochester Epidemiology Project. Els registres mèdics eren revisats per un especialista en trastorns motors, Rodolfo Savica per confirmar el diagnòstic i determinar la data d’inici de símptomes motors. També foren revisats els símptomes cognitius. Els pacients residien a Olmsted en el moment del diagnòstic, però no tots hi havien viscut sempre al mateix comtat. Com a finestra d’exposició es definiren els 10 anys previs a l’inici de símptomes motors, la qual cosa implicava per a alguns pacients haver de referir-se a altres adreces.
Els controls foren identificats entre residents de la regió REP, formada per 27 comtats de Minnesota, Iowa i Wisconsin. Calia trobar 20 controls per cada pacient, i que fossin de sexe i edat coincidents. Els controls no havien de tindre cap diagnòstic de Parkinson per a un període de 5 anys en endavant.
Els pacients de Parkinson eren dividits en dos subgrups: 1) acinètic rígid i 2) predominant de tremolor, incloent-hi els que presentaven bradicinèsia.
Les dades d’exposició anual a PM2,5 foren recollides del 1998 al 2019 a partir de la Washington University i el St Louis Atmospheric Composition Analysis Group. Les dades d’exposició a NO2 procedeixen del Socioeconomic Data and Application Center i van del 2000 al 2014. Per a cada pacient i per a cada control hom considerava els 10 anys previs a la data de referència (els primers símptomes en els pacients). Hom es fixava en el quilòmetre quadrat on aquella persona havia residit la major part de l’any. Els pacients amb malaltia de Parkinson pels quals no hi havia adreça en aquest període de 10 anys eren exclosos, així com els controls corresponents.
Com a anàlisi de sensibilitat, Krzyzanowski et al. restringiren la població de pacients als nuclis metropolitans (RUCA = 1).
El resultat primari era el risc d’incidència de malaltia de Parkinson. Els resultats secundaris tan sols es valoraven entre els pacients: mortalitat global, Parkinson de tremolor o acinètic, i desenvolupament de discinèsia.
El primer disseny era el d’un estudi cas-control: els individus eren distribuïts en quintils segons l’exposició de l’àrea de residència durant 10 anys a PM2,5. Les variables considerades en l’ajustament eren l’edat, el sexe, la raça, l’etnicitat, l’any d’inici de símptomes (o classificació en el cas dels controls), i la residència (en termes de RUCA).
El segon disseny era el d’un estudi de cohort que abastava únicament els pacients amb malaltia de Parkinson.
Risc de patir malaltia de Parkinson i contaminació atmosfèrica
Dels 450 casos de malaltia de Parkinson identificats en el comtat d’Olmsted, 9 foren exclosos per manca d’adreça en alguns dels 10 anys anteriors a l’inici de símptomes. També foren exclosos 95 pacients per mancar de dades d’exposició a PM2,5. L’estudi inclogué 346 pacients: 216 homes i 130 dones; 1 nadiu americà, 6 asiàtics, 5 afroamericans, 1 nadiu del Pacífic, 330 blancs i 3 d’altres races; 7 hispans o latinos i 339 que no ho eren. Els 6920 controls foren seleccionats per reproduir aquesta composició, i foren exclosos 1875 per manca d’informació d’adreça i 232 per manca de dades d’exposició atmosfèrica. Així resten 4183 controls.
La majoria (79,5%) de pacients de Parkinson d’aquesta cohort resideixen en els nuclis d’àrees metropolitanes. En canvi, els controls només ho fan en un 32,7%, la qual cosa obligà a incloure una anàlisi restringida als nuclis metropolitans.
L’exposició mediana a PM2,5 era de 10,07 μg/m3, amb un rang interquartílic entre 9,35 i 10,69, entre els malalts de Parkinson. Aquestes xifres eren inferiors en els controls, amb 9,44 de mediana i un rang interquartílic entre 8,69 i 10,22. Hi ha, doncs, una associació positiva entre l’exposició a aerosols i el risc de patir la malaltia de Parkinson. Si el quintil de menys exposició als aerosols té un risc d’1, el segon quintil l’augmenta en un 4% i el cinquè quintil en un 14%.
En el cas de l’exposició a NO2, l’associació amb el risc de patir Parkinson tan sols és significativa per als dos quintils de major exposició.
Contaminació atmosfèrica i subtipus de malaltia de Parkinson
Hi ha una associació entre una major exposició a PM2,5 i el desenvolupament de la forma acinètica rígida de la malaltia de Parkinson.
Dels 346 pacients inclosos en l’estudi, 259 (74,9%) havien mort abans del 2024. La mediana de supervivència entre els difunts des del primer símptoma era de 9 anys, amb un rang interquartílic d’entre 6 i 11,8 anys. La mortalitat no s’associa a l’exposició a PM2,5.
Dels 346 pacients, 54 van desenvolupar discinèsia. La mediana des del primer símptoma a la discinèsia d’aquests pacients fou de 5,6 anys, amb un rang interquartílic de 4,4 a 7,9 anys.
Majors associacions quan l’anàlisi es restringeix als nuclis metropolitans
Si l’anàlisi es restringeix als casos i controls que residien en els nuclis metropolitans l’associació entre contaminació atmosfèrica i el risc de Parkinson augmenta encara més. En canvi, torna inferior l’associació entre contaminació atmosfèrica i discinèsia entre pacients de Parkinson.
La reducció de la contaminació atmosfèrica
Aquest estudi de casos-controls de base poblacional mostra unes xifres d’associació entre la contaminació atmosfèrica i la incidència de la malaltia de Parkinson. L’associació és especialment forta amb el fenotip acinètic-rígid. Alhora, hi ha una associació entre la contaminació atmosfèrica i el desenvolupament de discinèsia entre els pacients amb Parkinson.
Krzyzanowski et al. mostren una certa sorpresa per no haver trobat una associació entre la contaminació atmosfèrica i la mortalitat entre pacients de Parkinson. Ho atribueixen a l’atenció mèdica existent a la zona de l’estudi.
Les xifres que manega l’estudi mostren el bon criteri de la US Environmental Protection Agency, que enguany ha reduït els nivells requerits de PM2,5 de 12 a 9 μg/m3. Fins i tot, Krzyzanowski et al. creuen que caldria reduir-lo a 8, xifra que defensa, entre d’altres, l’American Lung Association. L’OMS arriba a fixar la xifra en 5.
El subtipus acinètic rígid de malaltia de Parkinson es caracteritza per uns símptomes dominats per la bradicinèsia i la rigidesa. El curs de la malaltia és més ràpid que el subtipus dominat pel tremolor. Els dos subtipus tenen una base neurològica diferent, manifestada en els nivells de dopamina. Ací és on caldria investigar el mecanisme subjacent en l’associació entre contaminació atmosfèrica i malaltia de Parkinson.
Astronomia: Carlos i Raúl de la Fuente Marcos, de la Universidad Complutense de Madrid, han publicat un article a Research Notes of the AAS, en el que expliquen que l’asteroide recentment descobert 2024 PT5 funcionarà efectivament com un satèl·lit de la Terra durant prop de dos mesos, concretament entre el 29 de setembre i el 25 de novembre. 2024 PT5 fou descobert pel sistema ATLAS de Sud-Àfrica, amb seu a Sutherland, el passat 7 d’agost. Amb eix semimajor de l’òrbita heliocèntrica superior a 1 unitat astronòmica, però amb una distància de periheli inferior a l’afeli de la Terra (1,017 UA), 2024PT5 és un asteroide del grup orbital Apol·lo, i per tant cal considerar-lo un objecte proper a la Terra. Els objectes propers a la Terra no són literalment propers al nostre planeta al llarg de la tota seva òrbita. En alguns casos, la interacció entre els asteroides i la Terra fan que els primers adoptin trajectòries de ferradura, i que en acostar-se al nostre planeta ho facin a poca distància i amb una velocitat relativa baixa. En aquests casos, els acostaments poden fer que l’asteroide esdevingui un satèl·lit temporal de la Terra. Això es tradueix en una energia geocèntrica negativa, que pot romandre així durant hores, dies o mesos. En aquest període l’asteroide no arriba a completar una revolució geocèntrica. Això li va passar a 2022 NX1, que fou mini-lluna de la Terra en un breu període del 2022 (en el context del qual fou descobert) però que, segons càlculs posteriors, també ho hauria estat durant un altre breu període del 1981.
Carlos i Raúl de la Fuente Marcos mostren que el petit asteroide 2024 PT5 segueix una trajectòria de ferradura que farà que sigui una mini-lluna de la Terra entre el 29 de setembre i el 25 de novembre.
Mini-llunes de la Terra
La Terra té un únic satèl·lit natural, la Lluna. El nombre de satèl·lits artificials no fa més que créixer. Hom anomena mini-llunes als asteroides que la Terra captura. Aquests asteroides fan part de la població d’objectes heliocèntrics que creuen que l’òrbita heliocèntrica de la Terra. La captura implica que l’asteroide entra en una òrbita geocèntrica. Val a dir que aquestes captures són temporals i que de vegades els objectes capturats no arriben a completar una revolució geocèntrica abans de tornar a la trajectòria heliocèntrica.
Entre aquestes mini-llunes podem distingir dues situacions: - objectes temporalment capturats que fan un acostament màxim a la Terra, però que no completen mai una òrbita geocèntrica. Fou el cas de 1991 VG, breument capturat per la Terra el febrer del 1992. En el cas de 2022 NX1 es coneixen les captures del 1981 i del 2022, i es calcula que en farà una de propera, també breu, el 2051. - objectes temporalment capturats que completen una o més òrbites. Aquest fou el cas de 2006 RH120 que romangué unit gravitacionalment a la Terra entre el juliol del 2006 i el juliol del 2007. També fou el cas de 2020 CD3, que després d’anys de trajectòria geocèntrica escapà cap a una trajectòria heliocèntrica el maig del 2020.
2024 PT5, descobert el mes d’agost del 2024, segueix una trajectòria similar a la de 2022 NX1.
L’asteroide 2024 PT5
El 7 d’agost del 2024 l’instrument localitzat a Sutherland (Sud-Àfrica) del sistema ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) detectà un possible positiu amb una magnitud aparent de 27,6 ± 0,3. Identificat com a asteroide proper a la Terra (NEO), s’estima que té un diàmetre mitjà de 10 metres. Això el fa més llarg que 2020 CD3, 2006 RH120, 1999 VG o 2022 NX1. A data de 30 d’agost hom disposava de 122 observacions d’aquest objecte acumulades durant 21 dies. Els paràmetres orbitals el situen dins de la població Arjunas de petits NEOs, que conformen un cinyell secundari d’asteroites al voltant de la trajectòria heliocèntrica del sistema Terra-Lluna.
La dinàmica
Carlos i Raúl de la Fuente empren dades de JPL i Horizons per fer càlculs de N cossos sobre l’evolució orbital de 2024 PT5. Troben que l’asteroide és transitòriament co-orbital amb la Terra seguint una trajectòria de ferradura comparable amb 1991 VG o 2022 NX1. Calculen que el 29 de setembre, a les 20:02UT, 2024 PT5 esdevindrà una mini-lluna de la Terra. Ho serà durant 56,6 dies, ja que el 25 de novembre, a les 10:33UT, tornarà a una trajectòria heliocèntrica.
Ja ara 2024 PT5 segueix una trajectòria en ferradura, però l’energia geocèntrica és encara superior a zero. Serà negativa durant 56,6 dies, que és el període considerat de captura gravitacional temporal. No obstant, el màxim acostament a la Terra no es produirà en aquest període geocèntric, sinó més endavant. En efecte, 2024 PT5 deixarà l’òrbita de la Terra per adoptar una velocitat relativa de vora 1 km/s, de manera que el 9 de gener del 2025 assolirà una distància mínima a la Terra de 0,012 UA (=4,7 distàncies lunars). A partir de llavors abandonarà la rodalia de la Terra i no hi farà cap aproximació fins el 2055.
Fa uns 60 anys, al voltant del 1960, 2024 PT5 faria una aproximació a la Terra. Les aproximacions del 1960, del 2024/5 i del 2055 marquen l’evolució orbital de l’objecte. Aquesta cronologia pot fer-nos pensar si 2024 PT5 no és en realitat un objecte artificial dels primers anys de la ‘cursa espacial’ entre la Unió Soviètica i els Estats Units. No obstant, Carlos i Raúl de la Fuente recorden que 2022 NX1 fou confirmat com a objecte natural, i que 2024 PT5 té una evolució dinàmica similar. La màxima aproximació de gener del 2025 podria resoldre aquest dubte.
Carlos i Raúl de la Fuente agraeixen a S. J. Aarseth el codi emprat en aquesta recerca. El treball s’ha finançat en el marc del projecte PID2020-116726RB-I00 /AEI/10.13039/501100011033 de la Agencia Estatal de Investigación.
L’article fou tramès a la American Astronomical Society (AAS) a final d’agost. Els elements orbitals s’han calculat sota l’època 2460600.5, corresponent al 17 d’octubre del 2024.
Ja tenim la llista dels guardonats enguany amb els Premis Ig Nobel. La d’enguany ha estat la 34ª edició. Després de quatre anys de parèntesi per la pandèmia de covid-19, la cerimònia d’ahir tornà al format presencial, concretament al Massachusetts Institute of Technology.
Coloms dins de míssils Pelican per guiar-los (B.F. Skinner, Premi Ig Nobel de la Pau)
Imatge d’un míssil experimental de mitjan de 1940. Skinner tingué la idea de situar-hi un colom en el morro, en el marc d’un sistema pel qual l’animal veuria l’exterior i podria picar en la pantalla l’indret més adient com a objectiu.
B.F. Skinner (1904-1990) ha rebut pòstumament el Premi Ig Nobel de la Pau «per experiments per a veure la factibilitat d’instal·lar coloms vius dins de míssils per guiar les trajectòries de vol dels míssils».
Skinner és un nom clàssic de la psicologia americana, associat a la filosofia del comportamentalisme, i conegut com a fundador de l’anàlisi experimental del comportament. El cas és que en aquest anàlisi del comportament trià com a model experimental el colom. El que no és tan coneguda és la faceta militar de la recerca comportamentalista en coloms. I és que Skinner, home altrament de gran inventiva, proposà quan els Estats Units entraren en la segona guerra mundial, l’ús de coloms com a pilots de míssils. La idea del Project Pigeon era explotar la capacitat cognitiva dels coloms per reconèixer un objectiu. El colom aniria en el ‘nas’ del míssil, i podria veure l’exterior a través d’un sistema de lents que projectaven la imatge en una pantalla. Mitjançant un condicionament operant, el colom hauria après a tocar la pantalla amb el bec quan reconeixia l’objectiu per al qual seria condicionat. Encara que el Project Pigeon no donà lloc a cap míssil emprat en combat durant la Segona Guerra Mundial, sí que contribuí la part mecànica al desenvolupament del primer míssil completament guiat automàticament, l’ASM-N-2, que s’estrenà en combat l’abril del 1945. En la immediata postguerra, el Naval Research Laboratory reprengué la idea del Project Pigeon amb el ‘Project Pelican’ (on el colom pilotaria els míssils Pelican) i l’ORCON (‘organic Control’ de míssils). Aquestes idees no arribaren a port, i Skinner pogué reflexionar sobre elles en el 1960 en un article a American Psychologist en el 1960. Skinner era el primer en dir que inicialment fou una ‘crackpot idea’, però que en el seu desenvolupament comptà amb estudis rigorosos. Confiava Skinner, en aquell any 1960, que el rigor en la investigació seria un factor que conduiria a un futur on ja no caldrien míssils guiats. No és gens irònic que els responsables dels Ig Nobel hagin triat aquest projecte en un moment on els míssils guiats prenen tot el protagonisme en els conflictes d’aquesta segona guerra freda. És clar que l’objectiu central del guardó és que genis com Skinner bé poden ser autors de ‘crackpot ideas’.
Recollí ahir el premi en representació del seu difunt pare, Julie Skinner Vargas. Nascuda en el 1938, Julie Vargas és presidenta de la B. F. Skinner Foundation i membre de The Internacional Society for Behaviorology, i ha publicat nombrosos estudis sobre la ciència natural del comportament dels organismes.
La imitació de fulles de plàstic de 'Boquila trifoliolata' (White & Yamashita, Premi Ig Nobel de Botànica)
El disseny experimental de White & Yamashita (2022) consistia en col·locar quatre plantes de ‘Boquila triofoliolata alineades davant d’una finestra. Entre els testos hi col·locaven una planta de vinya de plàstic.
Jacob White i Felipe Yamashita han rebut el Primer Ig Nobel de Botànica «per trobar proves que algunes plantes reals imiten les formes de plantes artificials de plàstic veïnes».
La planta real en qüestió és Boquila trifoliolata. D’aquesta planta se sap que és capaç de mimetitzar les fulles de l’entorn d’una manera prou flexible. White & Yamashita (2021) es demanaven per quin mecanisme era això possible. A través d’un experiment demostraven com a mecanisme plausible la visió vegetal a través d’ocelli específic. L’experiment en qüestió col·locava aquestes plantes al costat d’una planta artificial de vinya. En arribar a l’altura de la vinya artificial, les fulles de B. trifoliolata prenien la forma de les fulles artificials. Les fulles mímiques tenien alterades l’àrea, el perímetre, la longitud i l’amplada, a més de canvis en els patrons de venació.
El Premi Ig Nobel es justifica per la ironia d’una planta natural que imita les fulles d’una planta artificial (les quals imiten les fulles de la vinya). L’autor corresponsal de l’article, Felipe Yamashita, fou qui recollí ahir el guardó.
Genètica i hemisferi en el remolí dels cabells (Willems et al., Premi Ig Nobel d’Anatomia)
Marjolaine Willems, Quentin Hennocq, Sara Tunon de Lara, Nicolas Kogane, Vincent Fleury, Romy Rayssiguier, Juan José Cortés Santander, Roberto Requena, Julien Stirnemann, i Roman Hossein Khonsari han rebut el Premi Ig Nobel d’Anatomia «per estudiar si els cabells de la majoria de la gent de l’hemisferi nord gira en la mateixa direcció que els cabells de la majoria de gent en l’hemisferi sud.»
Willems et al. (2024) reporten observacions en bessons, bo i considerant parelles de bessons de França, d’una banda, i parelles de bessons de Xile, de l’altra. Per a cada individu anotaven si el remolí girava en el sentit de les agulles del rellotge o en sentit contrari; si el remolí se situava a l’esquerra, a la dreta o al centre del cap; i el tipus de gir. En total investigaren 37 parelles de bessons i 50 infants de la població general (francesa o xilena). Els bessons tendeixen a compartir la mateixa direcció de remolí. A Xile hi ha una major freqüència de remolins de retrògrads que a França. Així doncs la formació de remolí seria un procés de desenvolupament determinat genètica, però influenciable per factors ambientals extrínsecs.
Els autors de l’article consideraven necessaris estudis epidemiològics a gran escala sobre la qüestió de com efectes geogràfics poden modular el desenvolupament craniofacial. La combinació de remolins de cabell i d’hemisferis és la raó crucial d’aquest Premi Ig Nobel. La primera autora, Marjolaine Willems, i l’autor corresponsal, Roman Khonsari recolliren ahir aquest premi.
Efectes adversos dolorosos que milloren falsos tractaments (Schenk et al., Premi Ig Nobel de Medicina)
L’Institut für Systemische Neurowissenschaften liderà l’assaig clínic DRKS00026648 sobre la influència d’expectatives positives i negatives sobre el dolor.
Lieven A. Schenk, Tahmine Fadai, i Christian Büchel han rebut el Premi Ig Nobel de Medicina «per demostrar que falses medicines que provoquen efectes adversos dolorosos poden ser més efectives que falses medicines que no provoquen efectes adversos dolorosos.»
Schenk et al. (2024) han estudiat en un assaig clínic aleatoritzat com poden efectes adversos millorar l’eficàcia d’un tractament. La idea subjacent és que un efecte advers pot ser percebut pel pacient com un indici que la medicina actua. Era allò que la ferida que cou és que guareix. En l’assaig clínic participaren 77 voluntaris sans als qui se’ls feia creure que rebrien esprais nasals de fentanil abans de rebre un ben real dolor termal. Els esprais nasals en qüestió contenien capsaïcina o eren pura solució salina. Ara bé, la capsaïcina, que no és analgèsica, sí que produeix una lleugera sensació de cremor. Després de la primera sessió, els participants eren distribuïts aleatòriament en dos grups i se’ls examinava per ressonància magnètica funcional (MRI). Al primer grup se’ls mantenien en l’engany sobre el contingut de l’esprai nasal. Al segon grup se’ls explicava que en l’esprai no hi havia pas fentanil. Schenk et al. trobaren que els esprais nasals amb capsaïcina conduïen a una menor percepció de dolor termal. Les dades de MRI funcional indicaven que això no era pura percepció, sinó que hi era implicat el sistema modulador del dolor (còrtex cingular anterior, matèria grisa periaqüeductal). Això és rellevant en assaigs clínics sobre substàncies que es comparen amb placebos: els placebos no generen efectes secundaris rellevants, però les substàncies assajades sí ho poden fer.
El Premi Ig Nobel es justifica per aquesta barreja d’engany i de fentanil. Lieven Schenk recollia ahir el guardó.
La capacitat natatòria de truites mortes (James C. Liao, Premi Ig Nobel de Física)
Liao (2004) mesurava així l’activitat muscular de truites anestesiades sotmeses a diferents condicions hidrodinàmiques
James C. Liao ha rebut el Premi Ig Nobel de Física «per demostrar i explicar les capacitats natatòries d’una truita morta».
Liao (2004) investigà el control neuromuscular de truites anestesiades en un tanc experimental. L’objectiu era aproximar-se a la complexitat de les condicions naturals. Sota la turbulència l’animal adoptava el patró de locomoció de Kármán, caracteritzat per grans oscil·lacions laterals i una freqüència de cop de cua d’acord amb la turbulència. El patró muscular subjacent és reduït, però es manté el patró rítmic.
Beal et al. (2006) tornaren a la qüestió, però ara treballant ja amb una truita morta col·locada en el cilindre experimental. El cadàver, però, era capaç d’una propulsió, òbviament passiva: l’energia de locomoció procedia de les turbulències. I és que fins i tot els peixos morts, poden nedar contra el corrent.
El Premi Ig Nobel sempre té tendència a valorar les recerques en animals morts. Jimmy Liao recollí aquest premi a una recerca feta gairebé fa un parell de dècades.
Respiració anal en mamífers (Okabe et al., Premi Ig Nobel de Fisiologia)
Okabe et al. (2021) mostraren l’eficàcia de la ventilació entèrica en l’oxigenació d’un model porcí d’hipòxia
Ryo Okabe, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Satona Tanaka, Akihiko Yoshizawa, Wendy L. Thompson, Gokul Kannan, Eiji Kobayashi, Hiroshi Date, i Takanori Takebe han rebut el Premi Ig Nobel de Fisiologia «per descobrir que molts mamífers són capaços de respirar per l’anus».
Aquesta recerca ja la vam comentar en aquest blog. Okabe et al. treballaven en l’ús de la ventilació entèrica a través de perfluorocarboni en models d’hipòxia experimental en ratolins i porcs. Allò que demostraven és que les ventilacions intra-rectals (amb oxigen o amb perfluorocarboni) eren capaces de garantir l’oxigenació de tot l’organisme.
Qualsevol que passi pel cul és candidata a Ig Nobel. Així doncs, ahir Takanori Takebe, Toyofumi Chen-Yoshikawa, Ryo Okabe, Eiji Kobayashi, Yosuke Yoneyama i Yuhei Yokoyama assistiren a la cerimònia de lliurament del premi.
La memòria de les monedes (Bartos et al., Premi Ig Nobel de Probabilitat)
Bartoš et al. han recollit dades massives de llançament de moneda. Cinc estudiants de batxillerat feren en el curs de la seva tesi 15.000 llançaments cadascun. Posteriorment organitzaren maratons en les que participaren 35 persones dedicant 12 hores seguides al llançament de moneda. Finalment, comptaren amb col·laboradors de Twitter.
František Bartoš, Eric-Jan Wagenmakers, Alexandra Sarafoglou, Henrik Godmann i molts col·legues han rebut el Premi Ig Nobel de Probabilitat «per mostrar tant en teoria com amb 350.757 experiments que, quan hom llença una moneda, aquesta tendeix caure del mateix costat que havia començat».
Bartoš et al. volien aprofundir en qüestions estatístiques i físiques de la cara i la creu del llançament de monedes. El punt de partida era model Diaconis-Holmes-Montgomery del 2007, que estimava que en un 51% dels casos el resultat del llançament reprodueix el resultat anterior. La sèrie experimental de 350.757 llançaments mostra que la probabilitat seria del 50,8%, amb un interval de confiança del 95% entre 50,6% i 50,9%. Val a dir que hi ha variabilitat segons la persona llançadora. Troben que perquè un llançament de moneda tingui una probabilitat equilibrada cal que s’hagi preestablert aleatòriament la posició inicial de la moneda. El biaix descrit, que varia segons la persona llançadora, no ho fa en monedes diferents. El biaix de cada llançador, d’altra banda, disminueix a mesura que fa més llançament.
Tot plegat indica que llançar una moneda és una forma ben equilibrada d’aconseguir una probabilitat ½. El premi Ig Nobel s’explica per tant d’esforç experimental. Frantisek Bartos, i Eric-Jan Wagenmakers recolliren ahir el premi en nom de tots els participants.
Separació cromatogràfica de barreges de cucs ebris i sobris (Heeremans et al., Premi Ig Nobel de Química)
Heeremans et al. han estudiat la separació hidrodinàmica de barreges de cucs d’alta i de baixa activitat.
Tess Heeremans, Antoine Deblais, Daniel Bonn, i Sander Woutersen han rebut el Premi Ig Nobel de Química «per utilitzar la cromatografia per a separar cucs ebris i sobris».
Heeremans et al. (2022) tingueren la pensada d’utilitzar cucs Tubifex tubifex com a sistema model de polímers actius. Per aconseguir cucs menys actius els exposaven a una solució etanòlica del 3-5%. Així feien una barreja de cucs sobris i ebris, que separaven mitjançant un sistema cromatogràfic.
La barreja de cucs i etanol és la raó d’aquest Premi Ig Nobel. Tess Heeremans, Antoine Deblais, Daniel Bonn i Sander Woutersen acudien ahir a recollir-lo.
Supercentenaris sense partida de naixement (Saul Justin Newman, Premi Ig Nobel de Demografia)
Saul Justin Newman ha rebut el Premi Ig Nobel de demografia «per un treball de detectiu per descobrir que molta de la gent famosa per haver viscut les vides més llargues han viscut en llocs amb un deplorable registre de natalitat i de mortalitat».
Newman (2024a) estudià les anomenades ‘zones blaves’, és a dir regions on hi ha una concentració notable de gent que ha assolit edats molt avançades. Hom ho ha atribuït al fet de ser regions amb un elevat consum de verdura, amb fortes connexions socials o a determinats marcadors genètics. Però Newman constata que als Estats Units la concentració de supercentenaris (majors de 110 anys) s’associa amb indrets on manquen registres vitals. La introducció de certificats de naixement s’ha associat històricament a una caiguda del 69-82% del nombre de supercentenaris. A Itàlia, Anglaterra i França, la longevitat remarcable s’associa a la pobresa, baixa renda per càpita, menor esperança de vida, major criminalitat, pitjor salut, major privació, menor percentatge de nonagenaris, i residència en territoris remots, d’ultramar o colonials. Així s’explica que tan sols el 18% dels supercentenaris validats exhaustivament tingui un certificat de naixement. Les dates de naixement d’aquests supercentenaris es concentren en dies divisibles per cinc. La sospita s’abat sobre Sardenya, Okinawa o Ikaria: molts centenaris i supercentenaris ho serien per frau o per error.
Newman (2024b) amplia encara més aquestes consideracions.
Aquest treball tan destructor de la disciplina de la longevitat humana extrema cridava a un Ig Nobel. Newman recollia ahir el guardó.
Com espantar gats afecta l’ejecció bovina de llet (Ely & Petersen, Premi Ig Nobel de Biologia)
Els experiments guardonats es feren el 1939 a la Kentucky Agricultural Experiment Station
Fordyce Ely i William E. Petersen han rebut el Premi Ig Nobel de Biologia «per fer explotar una bossa de paper al costat d’un gat situat damunt l’esquena d’una vaca, per tal d’explorar com i quan les vaques ejecten llet».
Fordyce & Petersen (1939) eren preocupats per la manca de diferenciació en la bibliografia entre la secreció de llet i l’ejecció de llet. A la Kentucky Agricultural Experiment Station realitzaren una denervació simpàtica de la meitat esquerra de la mamella de diverses vaques. Així comprovaren que el control nerviós de l’ejecció de llet és més indirecte que no pas directe. La llet no era ejectada en cap de les dues meitats de la mamella després d’un estímul de por (ací entra el gat i la bossa de paper) o d’una injecció intravenosa d’adrenalina.
El curiós estímul de por és la clau d’aquest guardó lliurat al cap de 85 anys. Els qui recolliren el guardó foren la filla de Fordyce Ely, Jane Ely Wells, i un dels seus néts, Matt Wells.
Lligams:
- “Pigeons in a Pelican”, B.F. Skinner, American Psychologist, vol 15, no. 1, 1960, pp. 28-37.
- “Genetic Determinism and Hemispheric Influence in Hair Whorl Formation,” Marjolaine Willems, Quentin Hennocq, Sara Tunon de Lara, Nicolas Kogane, Vincent Fleury, Romy Rayssiguier, Juan José Cortés Santander, Roberto Requena, Julien Stirnemann, and Roman Hossein Khonsari, Journal of Stomatology, Oral and Maxillofacial Surgery, vol. 125, no. 2, April 2024, article 101664.
- “Passive Propulsion in Vortex Wakes,” David N. Beal, Franz S. Hover, Michael S. Triantafyllou, James C. Liao, and George V. Lauder, Journal of Fluid Mechanics, vol. 549, 2006, pp. 385-402.
- “Mammalian Enteral Ventilation Ameliorates Respiratory Failure,” Ryo Okabe, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Yosuke Yoneyama, Yuhei Yokoyama, Satona Tanaka, Akihiko Yoshizawa, Wendy L. Thompson, Gokul Kannan, Eiji Kobayashi, Hiroshi Date, and Takanori Takebe, Med, vol. 2, June 11, 2021, pp. 1-11.
Òptica: El Laboratori de Bioimatge Dinàmica de Zihao Ou de la University of Texas at Dallas treballa en la intersecció de la biologia, la física i la ciència de materials per a elaborar instruments i tècniques d’obtenció d’imatges intravitals. La pell, primera barrera del sistema immunitari dels mamífers, és alhora el primer obstacle per a l’obtenció d’imatges dinàmiques en organismes vius, però Ou et al. ens mostren en un article a la revista Science com es pot assolir la transparència òptica amb molècules absorbents. Com diu l’editor de Science, Marc S. Levine sembla paradoxal que per augmentar la transparència de la pell, Ou et al. utilitzin pigments fortament opacs. La tartrazina que utilitzen Ou et al. és molt absorbent en la banda de l’ultraviolat proper i en la zona blava de l’espectre visible, però justament per això acaba per millorar la transparència òptica de les zones de la llum visible de major longitud d’ona (del verd al vermell). En efecte la forta absorció en la regió blava de l’espectre condueix a un augment de l’índex refractiu en la regió vermella sense que augmenti l’absorció en aquesta regió. Ou et al. han provat aquesta tècnica en fantasmes de dispersió, en teixit de pit de pollastre mort i en ratolins vius. Els efectes són transitoris amb una reversibilitat que mostra el potencial d’aquesta tècnica en estudis fisiològics.
Ou et al. han assolit la transparència òptica en ratolins vius amb l’ús de molècules altament absorbents. Aquests pigments, dissolts en aigua, poden modificar l’índex refractiu del medi a través de les relacions Kramer-Kronig fins a situar-lo al nivell de components del teixit com els lípids. La tècnica permet la visualització reversible de tot un seguit d’estructures i activitats profundes de l’animal.
L’opacitat de les estructures biològiques complexes
Com més complexa és l’estructura d’un material biològica més notòria es fa la capacitat d’aquest material per dispersar la llum i fer-se opac. Des del punt de mira òptic això es deu al fet que diferents components dels teixits biològics tenen diferents índex refractius. L’aplicació de la microscòpia òptica en histologia, doncs, ha de recórrer a solucions com l’obtenció de talls ultrafins. Existeixen, però, mètodes d’obtenció d’imatges òptiques en teixits vius que aconsegueixen un cert poder de penetració: microscòpia de dos fotons, microscòpia de fluorescència en l’infraroig proper, aclariment òptic de teixit, etc.
El laboratori d’Ou treballa en el desenvolupament de mètodes òptics que maximitzin el poder de penetració en el teixit viu i també la capacitat de resolució espacial i temporal. No és només aconseguir imatge de teixits vius, sinó que tinguin prou qualitat com perquè siguin rellevants per a la neurociència, la biomedicina, etc.
Molècules de forta absorció per assolir la transparència òptica
Per Ou et al. ací no hi ha cap paradoxa. El punt de partida era la hipòtesi que molècules amb una forta capacitat d’absorció poden induir la transparència òptica de teixits biològics vius. Com s’ha dit, l’opacitat dels teixits biològics s’explica per la disparitat en l’índex refractiu dels diferents components. Mitjançant el model oscil·lador de Lorentz, Ou et al. calculen les propietats dielèctriques de components tissulars i de diferents pigments. Troben en aquestes simulacions que una molècula de pigment que tingui una ressonància d’absorció forta en l’ultraviolat proper (longituds d’ona de 300 a 400 nm) i en la regió blava de l’espectre visible (de 400 a 500 nm) podria provocar una elevació de la part real de l’índex refractiu del medi en longituds d’ona superiors. La clau ací es troba en la capacitat de dissoldre el pigment en un medi aquós compatible amb el teixit viu. Matemàticament, l’índex refractiu es pot tractar a través d’una funció complexa, amb una part real i una part imaginària que connecten a través de relacions de Kramers-Kronig. Pigments hidrosolubles, doncs, poden reduir el contrast dels índex refractius de la fase aquosa i de la fase lipídica d’un teixit, i per tant reduir-ne l’opacitat.
La tartrazina
Ou et al. cercaren un pigment que encaixés en aquesta teoria. Havia d’ésser un pigment soluble en aigua. Optaren finalment per la tartrazina, entre d’altre raons perquè és un colorant alimentari aprovat de la US Food and Drug Administration, i que és utilitzat habitualment com a tal per la indústria (en les etiquetes apareix com a E-102).
Ou et al. mostren com la tartrazina té la capacitat de fer transparents la pell, el múscul i els teixits connectius en ratolins vius.
En una primera fase experimental, Ou et al. treballaren en hidrogels dispersants. Aquests hidrogels reprodueixen el comportament òptic de teixits vius. L’addició de tartrazina a l’hidrogel fa que prengui un color ataronjat, però també fa que sigui transparent convertint-se en un ‘fantasma de dispersió’.
En una segona fase experimental, Ou et al. treballen en teixits biològics ex vivo. Amb la tartrazina aconsegueixen disminuir l’opacitat de teixit de pit de pollastre.
Aquests experiments inicials demostraven que si hom aconseguia la transparència a través d’uns mil·límetres de medi dispersador, es podia arribar a una resolució espacial de l’ordre de micròmetres.
Amb la tartrazina aplicada sobre l’abdomen d’un ratolí viu, l’opacitat torna transparència. Aquesta tècnica de transparentació abdominal, combinada amb el marcatge de neurones entèriques amb proteïna fluorescent permet seguir la motilitat intestinal in vivo. D’aquesta manera han pogut generar mapes d’evolució temporal de la motilitat intestinal del ratolí que recullen la diversitat de patrons de moviment.
En una altra sèrie d’experiments apliquen solucions de tartrazina a la pell del crani d’un cap de ratolí. Poden visualitzar això vasos sanguinis cerebrals.
També han aplicat solucions de tartrazina a la pota posterior d’un ratolí arribant a obtindre imatges microscòpiques dels sarcòmers musculars.
Reducció de la dispersió
El model d’oscil·lador de Lorentz prediu que molècules amb baixes freqüències de ressonància (és a dir amb longituds d’ones d’absorció relativament llargues), pics forts d’absorció i riques en electrons deslocalitzats tenen la capacitat d’elevar l’índex refractiu del medi aquós on són dissoltes. En aquest sentit són una alternativa als agents aclaridors òptics convencionals com el glicerol.
La solució de tartrazina permet accedir visualment a l’estructura, activitat i funció de teixits i òrgans profunds, com els budells, els músculs o els vasos sanguinis cerebrals. Són així una alternativa a les tècniques clàssiques basades en la retirada quirúrgica dels teixits intermedis o a la seva substitució per finestres transparents.
Ara bé, les solucions de tartrazina redueixen la dispersió però no l’eliminen. Ou et al. confien en poder millorar la tècnica per aconseguir un millor aparellament dels índexs refractius dels components de teixits heterogenis. La difusió de les molècules absorbents resulta clau per regular la profunditat de penetració necessària per a cada ocasió.
Lligams:
- Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules. Zihao Ou, Yi-Shiou Duh, Nicholas J. Rommelfanger, Carl H. C. Keck, Shan Jiang, Kenneth Brinson Jr, Su Zhao, Elizabeth L. Schmidt, Xiang Wu, Fan Yang, Betty Cai, Han Cui, Wei Qi, Shifu Wu, Adarsh Tantry, Richard Roth, Jun Ding, Xiaoke Chen, Julia A. Kaltschmidt, Mark L. Brongersma, Guosong Hong. Science 385: 6713 (2024).
Paleoantropologia: Ara fa unes setmanes comentàvem la complexitat dels fluxos genètics entre l’Homo sapiens i l’Homo neanderthalensis. L’existència d’aquests fluxos gènics sembla ben establerta. Ara bé, hom no ha elucidat la geocronologia precisa d’aquests fluxos, en gran mesura per l’escassedat de dades fòssils i, per tant encara més, d’ADN antic. Saman Heydari-Guran proposa ha liderat una recerca indirecta sobre aquest particular, emprant la modelització de nínxol ecològic per reconstruir la paleodistribució d’aquestes dues espècies a l’Euràsia Central, i així definir les zones potencials de contacte i d’hibridació. En un article a Scientific Reports, Guran et al. expliquen que s’han fixat particularment en el període MIS 5 (estadi isotòpic marí 5, fa 120-80 milers d’anys), en el qual la bibliografia situa la segona onada d’encreuament entre les dues espècies humanes. En l’anàlisi Guran et al. utilitzen variables climàtiques i topogràfiques al costat de les coordenades dels jaciments arqueològics que han estat assignats a una o a altra espècie. La Serralada del Zagros hauria estat una zona potencialment de contacte i encreuament. Guran et al. pensen que els Zagros actuaren com a corredor entre els reialmes paleàrtic i afrotropical, facilitant la dispersió cap al nord de l’home anatòmicament modern i la dispersió cap al sud de l’home de Neandertal durant el MIS 5. Guran et al. també enumeren dades arqueològiques i genètiques d’estudis fets en les darreres dècades.
Guran et al. han modelitzat els hàbitats idonis per a ‘Homo sapiens’ i per a ‘Homo neanderthalensis’ al sud-oest d’Àsia i al sud-est d’Europea
La barreja biocultural del Pleistocè Tardà
Saman H. Guran (Institut d’Arqueologia Prehistòrica de la Universitat de Colònia i Institut DiyarMehr de Recerca Paleolítica de Kermanshah) i Masoud Yousefi (del Museu de la Stiftung Neanderthal de Mettmann i de la Universitat Hakim Sabzevari) contribuïren conjuntament al disseny i concepció de l’estudi. Anooshe Kafash (de la Universitat d’Aarhus) contribuí a l’anàlisi de dades. Elham Ghasidian (DiyarMehr, Mettmann) a la revisió i edició.
En les darreres dècades ens hem fet una composició més precisa del caràcter poliespecífic de la humanitat durant el Pleistocè Tardà. Alhora sabem que les diferents espècies entraren en major o mesura en contactes bioculturals. Aquestes espècies o grups són els neandertals, els homes arcaics, els homes moderns i els denisovans.
Hom ha estudiat especialment l’impacte aquesta barreja en el genoma humà actual. Des de fa algunes desenes de milers d’anys la humanitat és monoespecífica, però encara en el seu si hi ha restes dels múltiples llinatges pleistocènics. L’home de Neandertal aparegué fa uns 400.000 anys i s’extingí fa uns 40.000, en part per absorció i dilució en l’home anatòmicament modern. L’home de Neandertal era l’espècie humana típica del reialme geogràfic paleàrtic, el qual inclou des de l’Europa Occidental fins a les muntanyes d’Altai. Fa uns 150.000 anys, l’home de Neandertal experimentà una expansió, d’una banda cap a l’est d’Àsia i de l’altra cap a l’Àsia sud-occidental.
L’home anatòmicament modern (H. sapiens) hauria aparegut a Àfrica fa 300.000 anys. Fa uns 200.000 anys experimentà les primeres expansions cap a Euràsia, i fa uns 120.000 anys hauria arribat a l’Àsia Oriental. Més tardanament, fa uns 60.000 anys, s’hauria difós a Europa. En aquesta expansió aquesta espècie d’origen afrotropical va haver d’adaptar-se a climes d’altiplà, de muntanya i àrtics.
Durant el període MIS 5, fa entre 120.000 i 80.000 anys, hi hagué una segona onada d’hibridació entre sapiens i neandertals.
Guran et al. empren un model de nínxol ecològic per investigar la paleodistribució de sapiens i neandertals durant el MIS 5. Aquest model combina dades paleoantropològiques i paleoambientals.
Reconstrucció de la zona de contacte i hibridació
Guran et al. parteixen de 38 punts de presència de neandertals i de 45 punts de presència de sapiens, inclosos en la base de dades ROCEEH. Assumeixen que la primera onada d’hibridació fou fa 250-200 milers d’anys, que la segona fou fa 120-100 milers d’anys i la tercera fa 60-50 milers d’anys. Les dades paleoambientals utilitzades són de la base de dades Oscillayers. Com a indicadors de model de paleodistribució utilitzen l’àrea sota la corba.
Guran et al. ofereixen dos models de paleodistribució, un per als neandertals (amb un àrea sota la corba de 941) i un altre per als homes anatòmicament moderns (amb un àrea sota la corba de 895). El model dels neandertals indica que al nord i a l’oest de la Mar Mediterrània cap al Pròxim Orient, hi havia àmplies regions, en les actuals Turquia, al voltant de la Mar Negra, al sud de la Mar Càspia, dels Taurus, del Caucas i del Zagros, que eren altament idònies per a aquesta espècie durant el MIS 5.
Els sapiens trobaven zones idònies en regions àmplies i contínues a Àfrica, Aràbia i a l’Altiplà Iranià. Així doncs el Zagros podria ser una zona potencial de contacte i hibridació entre sapiens i neandertals.
Variables ambientals
Aquestes zones de distribució serien determinades per variables ambientals. La més rellevant per als neandertals, amb una contribució del 58,5%, seria la temperatura màxima del mes més càlid (amb una associació negativa). Hi seguirien la temperatura mínima del mes més fred (19,7% de contribució) i la precipitació anual (16,5%).
Per als sapiens les variables ambientals més rellevants serien el pendent (35,6% de contribució), la diversitat topogràfica (26%) i la precipitació del trimestre més càlid (14%).
Els canvis de precipitació al Zagros durant 100.000 anys
Guran et al. es fixen en l’evolució de la precipitació al Zagros entre fa 140.000 i 40.000 anys, seguint intervals d’una dècada. El màxim de precipitació tingué lloc fa 120.000 anys, època en la que s’hauria afavorit la presència a la serralada tant de sapiens com de neandertals, i per tant la potencial interacció.
El Zagros del MIS 5 en la història de la humanitat pleistocènica
Guran et al. proposen el Zagros de principi del MIS 5 com un moment crucial en la hibridació entre sapiens i neandertals. Val a dir que dades genètiques de poblacions humanes actuals i pretèrites, així com altres modelització ecològiques i dades arqueològiques i paleoantropològiques van en la mateixa direcció.
Els neandertals haurien arribat al Zagros a través dels terrenys kàrstics paleàrtics del Caucas i d’Anatòlia. Van arribar al paral·lel 31°N al Zagros i a l’Anti-Líban. En la mateixa època els neandertals assolirien també la màxima expansió cap a l’orient (actuals Uzbekistan, Tajikistan i Rússia asiàtica). A l’Anti-Líban, al Pròxim Orient, a Anatòlia, al Caucas i al Zagros, els neandertals trobaren unes condicions de muntanya humida.
Els jaciments arqueològics més interessants sobre l’expansió neandertal al Zagros són la Cova de Shanidar (on trobaren les restes de deu neandertals), així com les coves de Wezmeh i Bisetun (regió de Kermanshah). A la balma de Bawa Yawan hom ha trobat dent de neandertal de fa 65.000 anys així com artefactes lítics mosterians de fa 83.000 anys.
La presència d’Homo sapiens a l’Àsia Sud-Occidental registra un primer període fa 194.000-177.000 anys (jaciment de Misliya). Un segon període hi segueix fa 120.000-90.000 anys (jaciments de Shkul i Qafzeh), i el tercer i definitiu període arrenca fa 55.000 anys. Aquestes tres onades probablement arribaren des d’Àfrica a través d’Aràbia. Fa 80.000 anys apareixen artefactes mosterians a l’Altiplà Persa, inclòs el Zagros.
Si el Zagros del MIS 5 tenia unes condicions paleàrtiques, les regions que l’envolten tindrien unes condicions afrotropicals. L’àrea de contacte s’estendria uns 1500 km des del Llac Van cap al sud-est.
Arqueologia: El cercle de pedres de Stonehenge és el monument més emblemàtic del neolític de les Illes Britàniques. Se situa a la plana de Salisbury, a Wiltshire, en el sud d’Anglaterra. Anthony Clarke, que fa la tesi doctoral en geologia aplicada, considera que elucidar l’origen dels megàlits de Stonehenge pot oferir indicis sobre la cultura i la connectivitat del període de construcció. És el primer autor d’un article aparegut ahir a la revista Nature sobre l’origen de la Pedra de l’Altar. Es tracta d’un megàlit de gres que, jacent, ocupa un lloc central, i d’ací el seu nom. En els darrers anys hom ha descartat que tingui origen en la Conca Anglo-Gal·lesa. Clarke et al. han determinat l’edat i la composició química del zircó detrític, de l’apatita i dels grans de rútil de fragments de la Pedra de l’Altar. El zircó detrític procediria de fonts mesoproterozoiques i arqueanes. El rútil i l’apatita procedirien essencial d’una font de l’Ordovicià mitjà. Tot plegat assenyala una regió cristal·lina laurentiana marcada pel magmatisme grampià de fa 460 milions d’anys. En comparar l’edat detrítica amb paquets sedimentaris de les Illes Britàniques, la major similitud es produeix amb la vella pedra arenosa roja de la Conca Orcadiana del nord d’Escòcia. D’alguna manera el bloc de sis tones que és la Pedra de l’Altar hauria d’haver fet un viatge de 750 km per arribar a Stonehenge. Clarke et al. pensen que el transport s’hauria d’haver fet per mar, car és massa distància per un transport per terra, que altrament toparia amb considerables barreres topogràfiques. Ara bé, un transport marítim implica un alt nivell d’organització social.
La pedra 80 de complex megalític de Stonehenge és interpretada com la pedra d’altar. Clarke et al. proposen que el seu origen hauria tingut lloc a 750 km de la Plana de Salisbury
La Pedra de l’Altar de Stonehenge
Anthony J. I Clarke és membre del Timescales of Mineral Systems Group, de la School of Earth and Planetary Sciences, de la Curtin Universtity, amb seu a Perth. Ha participat en la redacció de l’article, en l’anàlisi formal, la investigació, la visualització, l’administració del projecte, la concepció i la metodologia.
Christopher L. Kirkland és el cap del Timescales of Mineral Systems Group. Ha dut a terme la supervisió, aportat recursos, participat en l’anàlisi formal, l’adquisició de fons, la redacció, revisió i edició, la concepció i metodologia.
Richard E. Bevins és professor honorari del Department of Geography and Earth Sciences de l’Aberystwyth University. Ha participat en la redacció, revisió i edició, en recursos i en concepció.
Nick J. G. Pearce és professor del Department of Geography and Earth Sciences de l’Aberystwyth University. Ha participat en la redacció, revisió i edició, en recursos i concepció.
Stijn Glorie és professor associat del Department of Earth Sciences de The University of Adelaide. Ha aportat recursos i participat en l’anàlisi formal, la redacció, revisió i edició, la supervisió i la metodologia.
Rob A. Ixer és investigador honorari de l’Institute of Archaeology del University College London. Ha participat en la redacció, revisió i edició.
Aquesta recerca s’ha finançat amb el projecte DP200101881 de l’Australian Research Council. El material de mostreig fou manllevat del Salisbury Museum i del Amgueddfa Cymru–Museum, amb els permisos corresponents. Els autors agraeixen A. Green per l’assistència en l’accés als materials del Museu de Salisbury; a B. McDonald, N. Evans, K. Rankenburg i S. Gilbert per l’assistència en l’anàlisi isotòpica; i a P. Sampaio per l’assistència en l’anàlisi estatística. L’instrumental del John de Laeter Centre es finança a través d’AuScope i altres entitats australianes.
La revista Nature agraeix a Tim Kinnaird i als altres revisors la tasca realitzada. L’article fou rebut per la revista el 16 de desembre del 2023, i l’acceptà el 3 de juny, publicant-lo el 14 d’agost.
Stonehenge és un cercle de pedres del Neolític que s’aixeca encara avui en la Plana de Salisbury, a Wiltshire. És el monument prehistòric més emblemàtic de Gran Bretanya. Hom calcula que la construcció de Stonehenge començà en l’any 3000 a.C., i que s’hi van fer modificacions successives durant els següents 2000 anys.
Els megàlits de Stonehenge es divideixen en dues classes: - pedres sarsen. Les pedres sarsen més grans inclouen silcretes duricrustes originàries predominantment de West Woods, a Marlborough, localitat situada a uns 25 km al nord. - pedres blaves. Són pedres alienes a la zona. Inclouen tuf volcànic, riolita, dolerita i gres. Algunes pedres blaves es corresponen a pedreres de Mynydd Preselis, a l’oest de Gal·les. Les pedres 40g i 42c són d’un gres del paleozoic inferior associat a l’oest de Gal·les a jutjar per la presència de fòssils d’acritarcs.
El megàlit central de Stonehenge és la pedra 80 o Pedra d’Altar. És la pedra blava més gran de Stonehenge. Mesura 4,9 metres de llarg, 1,0 metres d’ample i 0,5 metres de gruix. És una pedra jacent. Pesa unes sis tones. Consisteix en un gres micaci de color verd pàl·lid. Mineralògicament conté barita, calcita i minerals d’argila, però no K-feldspat.
Les dades petrogràfiques indiquen que la Pedra de l’Altar es correspondria amb l’ORS (Old Red Sandstone), un ensamblatge de roca sedimentària del Silurià tardà-Devonià amb nombrosos afloraments a les Illes Britàniques. Les litologies d’ORS consisteixen generalment en roques sedimentàries siliciclàstiques terrestres dipositades en ambients continentals fluvials, lacustres i eolis. Cada conca d’ORS reflecteix la subsidència i sedimentació locals en els seus cristalls. Clarke et al. volen aprofitar això per localitzar l’origen de la Pedra de l’Altar i fornir dades sobre la connectivitat de la població neolítica.
Hom desconeix quan la Pedra de l’Altar s’integrà en Stonehenge. Potser fou col·locada dins de la ferradura trilítica central durant la segona fase de construcció (2620-2480 a.C.). És possible que llavors la Pedra de l’Altar fos en posició vertical, amb una alçada total de 4 metres sobre el nivell del sòl. Actualment el Gran Trílit es troba col·lapsat, amb les pedres 55b i 156 situades damunt de la Pedra de l’Altar, ajaguda i trencada.
Hom proposà que la Pedra de l’Altar procedia de Mill Bay, a Pembrokeshire, en el subgrup Cosheston de la Conca ORS Anglo-Gal·lesa. Aquest indret no era lluny de Myndd Preseli, d’on procedirien les pedres blaves dolerítiques i riolítiques. Des de Mill Bay el transport s’hauria fet per mar a través del Canal de Bristol. Ara bé ni la petrografia ni l’edat del zircó detrític encaixen la Pedra de l’Altar amb el Subgrup Coheston. Una alternativa seria la formació Senni, també del Subgrup Coheston, i que seria compatible amb una ruta marítima comuna des de Mynydd Preseli. Però tampoc no encaixen les dades geoquímiques i petrogràfiques. Clarke et al. creuen que és molt improbable que la Conca Anglo-Gal·lesa sigui l’origen de la Pedra de l’Altar.
Els grans minerals detrítics poden fornir informació sobre l’origen de roques sedimentàries. Les roques sedimentària solen contindre un component detrític derivat d’una base ígnia cristal·lina. El component detrític reflecteix una història més simple o més complexa de cicles d’erosió, transport i deposició. La càrrega detrítica pot marcar doncs l’origen i context de la roca sedimentària. La combinació de dades de diferents minerals fan més robustes les conclusions.
Clarke et al. han obtingut dades isotòpiques d’elements traça U-Pb i Lu-Hf de zircó, apatita i rútil de dos fragments de la Pedra de l’Altar. Aquests fragments són MS3 i 2010K.240. Comparen aquests resultats amb datació U-Pb de les localitats de la Conca Orcadiana de Caithness i Orkney. Les dades d’edat mineral i química dels detrits són comparades amb terrans cristal·lins i successions ORS de Gran Bretanya, d’Irlanda i d’Europa.
Dues seccions fines de la Pedra de l’Altar
Aquest treball s’ha fet sobre dues seccions fines, d’un gruix de 30 μm, de la Pedra de l’Altar, MS3 i 2010K.240. També s’han estudiat dues seccions d’ORS del nord-est d’Escòcia: CQ1 (de Cruaday) i AQ1 (de Spittal). La microscòpia òptica convencional i la mineralogia automatitzada informaren l’anàlisi per LA-ICP-MS.
Les anàlisis d’U-Pb de dos zircons es realitzaren en dues sessions al John De Laeter Centre (JdLC), de la Curtin University, a Austràlia.
Les anàlisis d’U-Pb d’un rútil es realitzaren en una sessió al JdLC.
Les anàlisis d’U-Pb de dues apatites es realitzaren en una sessió al JdLC.
Les anàlisis de Lu-Hf de grans d’apatita es feren a la University of Adelaide.
Les anàlisis d’elements de traça d’apatita es feren en una sessió a banda.
Signatures de base laurentiana
Els terrans cristal·lins de base de les Illes Britàniques són, de nord a sud, Laurentia, Ganderia, Megumia i Avalonia Est. Cadomia-Armòrica queda al sud de la Sutura Reica, i abasta roques de base de l’Europa Occidental (des del nord de França fins a Espanya). Avalònia Est, Megumia i Ganderia es troba parcialment separades pel Sistema de Falles de l’Estret de Menai. Cada terrà té components d’edat diferents, i marca l’evolució de les conques sedimentàries que s’hi dipositen al damunt.
Laurentia era un paleocontinent que col·lisionà amb Bàltica i amb Avalònia. Avalònia era un microcontinent de la perifèria de Gondwana. Aquesta col·lisió es produí a principi del Paleozoic i promogué l’orogènia caledoniana que donà lloc a Laurússia. Avalonia Oest és el terrà que inclou part de l’actual Canadà Oriental.
Mitjançant un test de Kolmogorov-Smirnov sobre edats de zircons, Clarke et al. troben una identitat entre la Pedra de l’Altar i la base cristal·lina de Laurentia.
L’edat de grans de zircó detrític de la Pedra de l’Altar seria d’un màxim, respectivament, de 1047, 1091, 1577, 1663 i 1790 milions d’anys. Això es correspon a esdeveniments tectonomagmàtics coneguts de Laurentia i Bàltica, és a dir a les orogènies de Grenville (fa 1095-980 milions d’anys), Labrador (fa 1690-1590 milions d’anys), Gotià (fa 1660-1520 milions d’anys) i Svecokarellià (fa 1920-1770 milions d’anys).
Els terrans lauretians són litologies cristal·liness al nord de la Zona de Sutura de Iapetus. Aquesta sutura marca la zona de col·lisió entre Laurentia i Avalonia. Hi trobem els terrans de les Southern Uplands, de Midland Valley, de Grampian, de les Northern Highlands i Hèbrides. En aquests terrans queda preservat un registre de producció de zircons del Proteozoic fins a l’Arqueà. Aquest registre de zircons és diferent del preservat en els terrans de Gran Bretanya de més al sud, derivats de Gondwana.
Les dades d’edat dels grans de rútil de la Pedra de l’Altar també coincideixen amb una font laurentiana. El rútil de Grup 2 de la Pedra de l’Altar té una antiguitat proterozoica (de fa 1724-591 milions d’anys), amb 3 grans situats a una antiguitat de 1607 milions d’anys. Això se superposa cronològicament al magmatisme laurentià, incloent-hi les orogènies de Labrador i Pinwarian (fa 1690-1380 milions d’anys). Els terrans del sud de Gran Bretanya no presenten un component mesoproterozoic tan gran, sinó que més aviat tenen rútil de l’època neoproterozoica i del primer paleozoic. Ara bé, al sud de la Sutura de Iapetus també hi ha un component menor de rútil d’una antiguitat de 2000 milions d’anys.
L’apatita de la Pedra de l’Altar presenta dos grups cronològics. El Grup 2 (9 grans) tindria una antiguitat de 1,018 ± 24 milions d’anys, compatible amb una font de Grenville. Val a dir que les dades d’edat per U-Pb i per Lu-Hf assenyalen fonts laurentianes per a l’apatita de la Pedra de l’Altar.
Grans detrítics de terran grampià
Grans d’apatita i de rútil de la Pedra de l’Altar ofereixen unes datacions paleozoiques de 460-450 milions d’anys d’antiguitat. El component paleozoic de grans de zirconi tindria una edat de 498 milions d’anys. Així el grup 1 d’apatita tindria origen en l’Ordovicià mitjà (fa 466-443 milions d’anys). Les dades Lu-Hf d’apatita són compatibles amb una antiguitat de 470 ± 29 milions d’anys.
Arreu de la Pedra de l’Altar hom troba bandes subplanars de 0,1-0,2 mm de minerals resistius pesants concentrats. Aquests minerals tindrien un origen magmàtic a jutjar per la zonació oscil·latòria, la manca de sobrecreixements minerals i les abundàncies d’elements traça en l’apatita.
Aquests grans de l’Ordovicià mitjà de la Pedra de l’Altar encaixen especialment amb el terrà grampià del nord-est d’Escòcia. Aquest terrà se situa entre la Gran Falla Glen i la Falla de Límit de Highland. És un terrà consistent en metasediments neoproterozoics i del paleozoic inferior (Supergrup Dalradià), intrusionats per granitoids i gabbros del Paleozoic primerenc. Això explicaria de la diversitat de l’apatita de la Pedra de l’Altar, que és un 61% d’origen fèlsic, un 35% d’origen màfic i un 4% d’origen alcalí. Les dades de 207Pb/206Pb coincideixen amb la datació de l’Ordovicià Mitjà.
La Conca Orcadiana d’ORS
La Pedra de l’Altar no encaixa amb la litologia NRS del Permo-Triàssic. Sí ho fa amb una classificació ORS. Ara bé, les edats dels minerals l’aparten de l’ORS de la Conca Anglo-Gal·lesa, i també de l’ORS de la Península de Dingle. Tampoc no hi ha gaire coincidència amb l’ORS de Midland Valley. La major coincidència d’edats de gra es produeix amb la Conca Orcadiana d’ORS, i seguidament amb Svalbard ORS.
Durant el Paleozoic, la Conca Orcadiana se situava entre Laurentia i Baltica, dins del paleocontinent de Laurússia.
La Pedra de l’Altar en la Gran Bretanya neolítica
Les dades isotòpiques de detrits de zircó i rútil (U-Pb) i d’apatita (U-Pb, Lu-Hf i elements traça) indiquen que la Pedra de l’Altar procedeix de la formació ORS de la Conca Orcadiana de l’Escòcia nord-oriental. De fet, les dades minerals dels detrits descarten un origen al sud de la Sutura de Iapetus.
Per la pedres blaves de Mynydd Preseli hom ha postulat que arribaren a la Plana de Salisbury no per l’acció humana sinó per un mecanisme de transport glacial anterior. Seria això plausible per a la Pedra de l’Altar? Durant les glaciacions del Pleistocè, les glaceres de les Muntanyes Grampianes es movien més aviat cap al nord, cap a la Conca Orcadiana. A més, no hi ha indicis d’una gran deposició glacial a la regió central del sud de la Gran Bretanya. Hom tampoc no ha trobat altres exemples de pedres erràtiques d’origen escocès a Stonehenge.
Si no s’hi havien mogut les pedres per acció glacial, cal pensar en un moviment organitzat pels constructors de Stonehenge. L’estudi isotòpic (Sr, Pb) de restes humanes neolítiques de la Plana de Salisbury indica que la població humana del període presentava una mobilitat considerable dins de Gran Bretanya. Hom ha trobat elements arquitectònics i motius d’art rupestre neolític comuns entre les Orcades i Irlanda. Cal pensar en una mobilitat doble de persones i de materials de construcció.
Clarke et al. proposen que la Pedra de l’Altar fou transportada antropogènicament des del nord-est d’Escòcia cap a Stonehenge. Les dues regions presenten una població neolítica en el III mil·lenni a.C. Al capdavall hom accepta generalment (amb l’excepció abans esmentada) que les pedres blaves ígnies de Stonehenge foren transportades al llarg dels 225 km de camí des de Mynydd Preseli. Però una ruta escocesa de més de 750 km resulta tres vegades més llarga.
Imaginem una ruta de transport per terra, fins i tot ajudada amb bèsties de càrrega. Aquesta ruta hauria hagut de creuar rius, de creuar serralades (Grampians, Southern Uplands, Pennines), de creuar boscos espessos, etc.
Una alternativa seria una ruta marítima. Hi ha indicis que el talp comú (Microtus arvalis) arribà per primera vegada a les Illes Orcades cap a l’any 5000 a.C. com a introducció antropogènica des de l’Europa Continental. Això reflectiria el transport marítim a llarga distància de bestiar i altres béns. Hi ha indicis d’una xarxa de comerç marítim d’eines neolítiques de picapedrer entre Gran Bretanya, Irlanda i Europa. En l’any 4000 a.C., el nivell de la mar a les Illes Britàniques ja era semblant a l’actual, per bé que la línia costanera era encara força diferent. Clarke et al. proposen una ruta marítima al llarg de la Gran Bretanya per a la Pedra de l’Altar.
