Arxiu del mes: octubre 2017

El coet de Tintin

dimarts , 31/10/2017

De les diverses vegades que la ficció ens ha portat fins la Lluna, una de les més conegudes és la que va fer en Tintin a l’aventura combinada “Objectiu: la Lluna” i “Hem caminat damunt la Lluna”. De fet, el coet que apareixia, amb uns característics colors blancs i vermells, ha esdevingut un estereotip clàssic del coet espacial. El que passa és que si ho comparem amb els coets que efectivament van anar a la Lluna, notem que la realitat va ser molt diferent. I entendre les diferències ens recorda alguns elements importants de l’aventura espacial.

La diferencia més clara és que en Tintin i els seus companys van i tornen de la Lluna amb el mateix coet, intacte. Però si recordem com anaven els astronautes de les missions Apol·lo, l’enlairament es feia amb un coet enorme, però al tornar només hi havia una petita càpsula de reentrada. Tot just la part de l’extrem de dalt de tot del coet inicial. I a la Lluna només hi baixava el mòdul lunar, amb la seva forma tant insectoide.

El problema és que abandonar la Terra costa molt. La gravetat terrestre és el gran obstacle a vèncer i el que obliga a disposar de motors molt potents per accelerar la nau fins tenir prou impuls com per escapar. La llauna és que això requereix una quantitat enorme de combustible. I posar molt combustible fa que la nau pesi més, de manera que cal més combustible addicional per poder fer pujar el combustible i els tancs que el contenen. Uns tancs que, a sobre, quan ja s’ha gastat el combustible no fan res més que emprenyar. Afegeixen pes a la nau i no tenen cap funció.

La solució, enginyosa, va ser fer coets multietapes, com l’immens “Saturn V“. A la part inferior hi ha un enorme dipòsit de combustible amb un motor que permet enlairar-se fins determinada altura. Quan aquest combustible s’ha consumit, la nau es desprèn d’aquest mòdul inferior i posa en marxa un segon motor que farà servir el combustible del segon mòdul. La gràcia és que ara la nau, sense el primer mòdul ni el combustible que portava,  ja pesa molt menys i és més fàcil d’accelerar. Això ho repetien fins tres vegades i al final només quedava el “relativament petit” mòdul de comandament que ja està accelerat com per arribar fins l’orbita lunar i només necessita una petita quantitat de combustible per tornar.

Un cop en òrbita lunar no cal baixar-ho tot. Només baixa el mòdul lunar. Els astronautes fan la feina i per tornar s’enlairen amb la meitat d’aquest mòdul que necessita molt poc combustible ja que es molt petit i la gravetat de la lluna és molt baixa. Quan s’uneixen al mòdul de comandament, abandonen el lunar i gasten el combustible que quedava per dirigir-se fins la Terra. Només cal apropar-s’hi prou com per ser capturats per la gravetat terrestre, que ja farà la resta de la feina. Gairebé és com si estiguessin “caient” des de la Lluna.

La reentrada es complica per la fricció de l’atmosfera. El que fan, de nou, es separar-se de tot el que no es imprescindible per la supervivència dels astronautes i quedar-se amb la càpsula de reentrada. Un habitacle minúscul i protegit de l’escalfor que es genera per la fricció amb l’aire.

Totes aquestes estratègies no es tenien en compte en el coet de Tintin. No era perquè sí. Els motors de les missions Apol·lo (i de fet tots els coets) fan servir combustible químic. En canvi, el de Tintin tenia un motor atòmic que suposadament permet molta més potencia i que pràcticament no perd pes al funcionar. Amb aquest motor, es podien permetre portar- tota la nau amunt i avall. Per desgràcia, encara no es disposa d’aquest tipus de motor. Però això no treu que el coet de Tintin (o del professor Tornassol) hagi esdevingut una icona del viatge a l’espai.

Engrames, memòries, teràpies i inquietuds

dilluns, 30/10/2017

Engrames neuronals”. Abans d’entendre el que eren, la paraula ja m’havia agradat. De vegades triar bé la manera de referir-se a un concepte pot fer que aquest tingui més o menys recorregut en la ment dels qui hi han de treballar. I la paraula engrama trobo que està ben trobada. Al diccionari trobo que la definició és: “Empremta hipotètica al sistema nerviós central que constitueix la base de les manifestacions de la memòria i de l’aprenentatge”, tot i que referir-se com hipotètica no se si la trobo massa encertada.

El concepte és senzill. Tenim clar que podem emmagatzemar records i recuperar-los quan cal. Això ha de comportar alguna mena de modificació en la funció de l’estructura del cervell. Unes modificacions específiques per cada record. Determinats grups de neurones poden esdevenir més sensibles, o quedar més fermament connectades o poden fabricar unes proteïnes diferents o pot passar qualsevol cosa que marqui un abans i un després d’incorporar el record. Aquest grup de neurones concretes, aquesta xarxa neuronal associada a un record, seria un engrama.

Inicialment era un concepte hipotètic en el sentit que no sabem com son aquests canvis. Però semblava evident que els records havien de generar alguna mena de canvi en el suport físic de la memòria. Durant molt temps va ser impossible detectar-los, però ara amb les noves tècniques de visualització del cervell ja es comencen a poder visualitzar alguns engrames senzills.

Ara es pot generar un estímul en un ratolí i detectar quines neurones s’activen específicament. Després es pot veure si el record d’aquell estímul coincideix amb l’activació d’aquella xarxa de neurones. Les tècniques necessàries, com ara la “optogenètica”, no han estats disponibles fins fa molt poc, de manera que tot just ara comencem a poder estudiar engrames reals. Ara podem seguir com es formen, com es consoliden i de quina manera es recuperen quan intentem recordar allò que tenim a la memòria.

Resulta fascinant, però també serà una eina imprescindible per entendre com va quedant afectada la memòria en cas de patologies com l’Alzheimer. Encara en sabem molt poques coses, però ja hi ha dades que suggereixen que el procés no és exactament com es pensava. S’ha suggerit que el problema en l’Alzheimer no es que els records simplement es vagin esvaint sinó que segueixen allà i el que es perd és la capacitat de recuperar-los. Els engrames encara hi serien però no es podrien activar. No cal dir que si això fos cert (i encara falta per confirmar-ho) plantejaria estratègies molt diferents per mirar de revertir la malaltia.

I pels amants de la ciència ficció, els mateixos coneixements que potser un dia ens permetin curar l’Alzheimer entenent i manipulant els engrames neuronals, també obre la porta a possibilitats inquietants. Potser es podran manipular o crear engrames artificialment de manera que els records seran encara menys fiables del que ja ho son de natural. Potser es podran emmagatzemar els engrames d’un cervell dins un ordinador, de manera que emmagatzemaríem, literalment, els records de la persona. Potser podrem intercanviar engrames, enlloc d’explicar-nos històries.

Per sort, tot això cau molt lluny encara…. o potser no tant.

Cactus peluts

divendres, 27/10/2017

La principal característica que associem amb els cactus és que són plantes que tenen punxes. No són les úniques, és clar, però en el cas dels cactus resulten molt marcades. Unes plantes que viuen en un clima desèrtic i resulten una font d’aigua molt temptadora per la majoria d’animals, han hagut de buscar maneres de protegir-se, i les punxes resulten d’allò més dissuasiu.

Però els animals no són l’únic problema. El clima extrem i la falta d’aigua és el principal condicionant de la forma que tenen els cactus. No tenen fulles ja que per elles perdrien molta aigua. Surt més a compte tenir una forma que presenti la menor superfície possible a la llum solar. La fotosíntesi ja la fan al que seria el tronc i així l’escalfament a que es veu sotmès és menor.

I una altra curiosa adaptació són els tricomes, estructures que tenen l’aspecte de filaments o “pèls” de color blanc i que cobreixen sobretot la part superior de la planta, la zona de creixement. De totes maneres hi ha cactus que presenten tricomes per tot arreu i adopten un aspecte curiosament escabellat.

La funció d’aquests filaments varia segons la planta. En moltes plantes de climes més normals actuen com defensa enfront dels insectes. Els tricomes es cobreixen de substàncies enganxoses que no els permeten arribar a les fulles o el tronc. En el cas dels cactus, en canvi, sembla que torna a ser un mecanisme de protecció contra les temperatures extremes.

Per una banda, si la coberta de tricomes és prou gran (i de vegades ho és molt) fa simplement de para-sol, evitant que la radiació solar arribi a la superfície de la planta. El color blanc que presenten ajuda a reflectir millor la llum i permet que la planta s’escalfi menys. No pot ser de color molt fosc ja que cal que la llum arribi en una certa quantitat per poder fer fotosíntesi. A més, si fossin foscos, la temperatura augmentaria molt més que amb el color blanc típic.

D’altra banda, sembla que també permeten captar una petita quantitat d’humitat ambiental durant les hores de foscor. Quan la temperatura baixa, i al desert baixa molt en pondre’s el sol, la humitat ambiental, per poca que sigui, condensa fàcilment en aquests filaments. Les gotes acaben caient i poden ser absorbides per la planta.

Finalment, la presència d’una capa de tricomes crea una mena de cambra d’aire que permet amortir els canvis de temperatura i protegeix una mica del fred nocturn i de la calor diürna. És un mecanisme similar al que van descobrir les cultures que viuen a zones desèrtiques en aprendre que el millor era portar la roba en diverses capes i no massa arrapades per deixar cambres d’aire que fessin d’aïllant. Al final, tant humans com plantes acabem trobant les mateixes solucions per resoldre problemes ambientals similars.

Biodiversitat funcional

dijous, 26/10/2017

Sempre sentim parlar de com d’important és vigilar els usos que donem al medi ambient i com aquests poden afectar la biodiversitat. Una paraula essencial, que va camí de convertir-se en un comodí ja que moltes vegades es diu que tal cosa no es pot fer simplement perquè afectaria la biodiversitat de la zona sense més explicacions. De fet, si ens ho agafem de manera molt estricta, hauríem d’abandonar l’agricultura ja que poques coses hi ha amb menys biodiversitat que un camp de conreu.

Però les coses tenen sempre una altra cara i aquesta pot resultar tant o més interessant que la que veiem sempre. De quina manera la biodiversitat afecta al funcionament dels ecosistemes? Al rendiment que en podem treure? A la qualitat de vida de les persones? A part de que quedi molt modernet esmentar-la, realment per quin motiu considerem que la biodiversitat és important?

Doncs per treballar mirant d’esbrinar-ho és que li han concedit el Premi Ramon Margalef d’ecologia a la biòloga argentina Sandra Myrna Díaz. Ella ha plantejat les coses al revés de l’habitual per tal de poder entendre quins efectes tindrà la gran pèrdua de biodiversitat vegetal que estem experimentant arreu del planeta. El cas és que entre els conreus, que tenen tendència a esdevenir homogenis, les modes en les plantes ornamentals, i la facilitat amb la que plantes i les seves llavors poden ser transportades arreu del planeta, la tendència a la uniformització és cada vegada més gran. I naturalment, això tindrà conseqüències. Unes conseqüències que el treball de la Sandra Díaz ajuda a entendre.

Hi ha coses que poden resultar contraintuitives, però, per exemple, mantenir determinades zones boscoses intactes pot millorar molt la retenció d’aigua de pluja i fer que els aqüífers es mantinguin en millors condicions. Això evitarà a la llarga haver de construir pantans i canals per transportar l’aigua d’una banda a l’altra del país. Normalment, aquest valor de determinades zones forestals ni tan sols es té en consideració, però no fer-ho fa que al final calgui finançar la construcció de les canonades.

Una cosa similar passa amb plantes depuradores d’aigua. Entendre com la biodiversitat d’una muntanya pot condicionar la qualitat de l’aigua de la vall pot marcar la diferència entre requerir o no instal·lacions de tractament d’aigües. És clar. Hi ha qui en mirar un bosc només hi veu la fusta que pot generar, però la seva importància, fins i tot econòmica, pot anar molt més enllà del que sospitem.

La manera com volem afrontar l’escalfament global també està condicionada pel nivell de biodiversitat que mantenim. La captació de CO2 pels vegetals varia extraordinàriament segons els tipus de plantes que cobreixin el terreny i les plantes invasores que acostumem a afavorir amb l’activitat humana no són precisament de les més eficients.

Però també hi ha un factor a tenir en compte que, potser, és dels que més m’ha cridat l’atenció quan he vist que l’esmentava en una entrevista. El benestar emocional dels humans va molt lligat a la bellesa, i la que ens ofereix la natura al nostre planeta està totalment associada al a biodiversitat vegetal. Perdre biodiversitat l’equivalent a anar destruint obres d’art. Tots tenim dret a gaudir de la bellesa de la natura i, com tots els drets, cal defensar-lo si no el volem perdre. En Ramon Margalef deia que per protegir la natura se l’ha d’estimar, i per estimar-la se l’ha de conèixer. Potser és una mica exagerat, però de ben segur que entendre la biodiversitat ens ajuda a estimar la natura i, en última instància, a viure tots una mica millor.

Ulls i pantalles

dimecres, 25/10/2017

Picor als ulls, mal de cap, cansament, son, … Un seguit de símptomes que per separat no tenen res d’especial, però que tots junts poden suggerir un problema molt relacionat amb la manera de viure actual. És el que passa quan ens passem bona part del dia mirant una pantalla. Pantalla de tele, d’ordinador, de tàblet o de mòbil. Normalment ja ho fem molt, però hi ha èpoques en que fas maratons de sèries, la jornada laboral davant l’ordinador s’eternitza, et passes la vida pendent de twitter per seguir l’actualitat al minut o estàs pendent del missatge de whatsapp per saber que cal fer o, senzillament, per veure que et respon aquella persona.

El fenomen es coneix com la síndrome visual informàtica i ja van aclarint-se els mecanismes patològics que el causen i les maneres de prevenir-lo.

El problema és que tenim els ulls ben adaptats a mirar a una determinada distància, més aviat llunyana. És fàcil mirar enfocant des de pocs metres fins a l’horitzó. Això si tens una visió normal. Coses com la miopia són altres patologies, però l’esforç que cal fer per enfocar sempre és menor si mires a llarga distància. Per fer-ho, simplement deixes els músculs de l’ull relaxats. En canvi, si has d’enfocar a curta distància, cal tensar els músculs del cristal·lí. I tenir un múscul tensat durant molta estona, sempre resulta cansat.

Un altre problema és el de la llum. La nostra visió està molt ben adaptada a veure coses il·luminades, però no tant per veure coses que emeten llum. La diferència és que en aquest cas cal tancar més la pupil·la per protegir les delicades cèl·lules de la retina. De nou, l’ull pot fer-ho sense problema, però si ha d’estar fent-ho durant molta estona, la tensió s’acaba notant.

Tot i així, el que sembla que és més delicat és la manera com parpellegem. L’ull ha de mantenir un cert nivell d’humitat per mantenir-se funcional. La funció de les llàgrimes, precisament, és crear una capa protectora i humida per la superfície del globus ocular. Només quan generem massa líquid veiem caure les llàgrimes, però en condicions normals en generem la quantitat necessària per hidratar l’ull.

El que passa és que cal escampar aquesta capa líquida per tota la superfície. Per això parpellegem. Tanquem les parpelles i les tornem a obrir en un moviment que dura una fracció de segon i que permet escampar el líquid i, de pas, tapar momentàniament el pas a la llum i deixar que la retina es recuperi. Per això parpellegem unes vint vegades per minut.

Ara bé, quan centrem l’atenció en alguna cosa, el ritme de parpelleig disminueix. I quan s’han pres mesures s’ha vist que això és el que passa en mirar una pantalla. Passem de vint a cinc parpellejos per minut, de manera que els nivells d’hidratació de la superfície de l’ull queden molt al límit. No és exclusiu de les pantalles. Quan llegim passa una cosa similar i, de fet, llegir durant moltes hores seguides també cansa la vista. La situació, però, no és exactament igual. Per començar, la intensitat de la llum és diferent, de manera que l’esforç que fa l’ull és més gran davant una pantalla.

D’altra banda, sembla que, per algun motiu que no està clar, enfront les pantalles, augmenta molt el percentatge de parpellejos incomplerts. No acabem de tancar les parpelles del tot i la funció del parpelleig queda compromesa. Al final l’ull es va assecant i això acaba generant irritació, sensació de picor i fins i tot inflamació.

Com evitar-ho? Especialment en èpoques en que no et pots desenganxar de la pantalla? Doncs mirant de recordar de parpellejar més i millor, apartant la vista a intervals freqüents i enfocant a indrets allunyats per deixar descansar l’ull. També cal ajustar la brillantor de les pantalles. Idealment la llum ha de ser similar a l’ambiental ja que l’ull s’adapta a la il·luminació general de l’ambient.

I per descomptat, recordant que hi ha un món més enllà de les pantalles.

Els límits dels àtoms

dimarts , 24/10/2017

Quina mida poden tenir els àtoms? Fins on sabem, una representació senzilla d’un àtom seria la d’una esfera composta per protons i neutrons formant el nucli, i un núvol d’electrons al seu voltant. Una comparació habitual és amb un camp de futbol, on el nucli tindria la mida d’una pilota situada al centre del camp i els electrons es mourien per on hi ha els espectadors. En realitat és més complicat ja que l’electró no és una bola petita movent-se en una òrbita determinada sinó una partícula quàntica, descrita per una funció d’ona, i la imatge queda més difícil de visualitzar. Coses de la quàntica!

Però tornem a la pregunta. Quina és la mida més gran que pot tenir un àtom? El d’hidrogen és el més senzill i només està format per un únic protó i un únic electró al seu voltant. Diem que el seu nombre atòmic “Z” és 1 ja que només té un protó. El deuteri és una forma particular de l’hidrogen que, a més d’un protó també té un neutró. De manera que la mida del nucli serà el doble de gran. Després tenim l’Heli. Aquest té dos protons (Z=2) i dos neutrons. Quatre vegades més gran que l’hidrogen.

I per l’extrem més gran de la tabla periòdica tenim un isòtop del plom (Z=82) fet per 82 protons i 126 neutrons. Aquest és l’element més gran dels que es mantenen estables. A partir d’aquest punt, si al nucli hi ha més protons, el sistema és inestable i es desintegra, trencant-se en altres nuclis més petits. Però tot i així, durant un temps poden existir àtoms amb nuclis més grans. Per exemple, la forma més abundant de l’urani te 92 protons i 146 neutrons. És inestable i s’acaba trencant, però trigaríem 4470 milions d’anys a perdre la meitat del que tenim. En canvi, altres com el Livermori (Z=116) s’han pogut sintetitzar artificialment fent xocar elements més lleugers amb prou força com per fer que es fusionin. Els pocs àtoms generats, que tenien 116 protons i 177 neutrons, van resistir uns sis mil·lisegons abans de desintegrar-se.

Tècnicament és complicat ja que cada vegada són més inestables, però teòricament podríem seguir fent àtoms més i més grans? O hi ha límits infranquejables?

Doncs sembla que límits teòrics sí que n’hi ha. El problema és que depèn de com apliquis la teoria en trobes un o altre.

En principi, un límit vindria imposat per la velocitat dels electrons que hi ha al voltant. Resulta que la seva velocitat segueix una fórmula que, entre altres coses, depèn de la mida de l’àtom. En l’àtom d’hidrogen, l’electró és mou a una mica més de dos mil quilòmetres per segon. Molt, però només una centèsima part de la velocitat de la llum. Ara bé, per un hipotètic àtom de Z=137, l’electró ja hauria d’anar més de pressa que la llum. Com que això no pot ser, aquest seria el límit infranquejable.

Peeeeeero. Aquesta manera de calcular té un parell de problemes. Considera que el nucli de l’àtom és un punt i no inclou alguns efectes quàntics. Si es recalcula, de manera més afinada i complicada segueix apareixent un límit, però més enllà. A partir de Z=173. En aquest punt, l’energia que cal per mantenir a lloc els electrons és tan gran que es comencen a formar parells electró / antielectró i tot el sistema salta pels aires.

De manera que efectivament hi ha límits a les mides que poden assolir els àtoms. Tot i que , de moment aquests elements superpesants estan completament fora de l’abast de la nostra tecnologia i només podem especular sobre com serien.

Els altres aspectes del 155

dilluns, 23/10/2017

El número més esmentat aquests dies és, sens dubte, el 155. Fa referència a un article d’una Constitució i a tot el que implica la seva aplicació. Però no deixa de ser un número. El cas és que els números, considerats en abstracte, tenen les seves característiques particulars. Doncs ja que tothom parla del cent cinquanta cinc, podem aprofitar per mirar-lo des d’un altre punt de vista (el número). No serveix de gaire, més enllà de la curiositat, però és la mena de coses que ajuden a trencar una mica l’estrès de tots aquests dies.

Per començar, el 155 no mata d’interessant ja que no és un nombre primer. Acaba en cinc, de manera que ja sabem que serà múltiple de cinc, com tots els que acaben en cinc o en zero.

Per factoritzar-lo en nombres primers tenim el 5 x 31.

Si el preferiu en binari, cal escriure: 10011011

No és un nombre quadrat (cap número elevat al quadrat dóna 155) ni tampoc cúbic (cap número elevat al cub dóna 155).

M’ha fet gràcia descobrir que en matemàtica hi ha “nombres feliços” i “nombres infeliços”. Com no podia ser d’altra manera, el 155 no és un nombre feliç. Per ser-ho hauria de complir amb la norma d’agafar cada xifra, elevar-la al quadrat, sumar-la i anar repetint el procés fins que doni 1 (aquí un exemple). En el cas del 155, seguint aquest procés mai no dóna 1, de manera que és un “infeliç”.

Hi ha altres coses que lliguen amb el 155. Per exemple, 155 graus Fahrenheit equivalen a 68,333 graus Celsius.

L’any 155 els romans van abandonar el “Mur d’Adrià”. També van decidir que tolerarien el judaisme i la circumcisió deixava de ser il·legal (suposo que abans haurien assegurat del dret i del revés que això no passaria mai).

En castellà, el 155 permet fer una rima molt coneguda, que no repetiré aquí. En català, en canvi, la rima no funciona.

I l’element químic 155, tècnicament s’anomenaria “unpenpentium”. El seu nucli estaria fet per 155 protons i un grapat de neutrons que segurament no serien prou com per mantenir-lo estable. Si existís formaria part dels elements “superactínids”. Parlaríem d’un element radioactiu, inestable, pesat i probablement tòxic.

Com apuntar un telescopi

divendres, 20/10/2017

Quan es parla dels descobriments astronòmics una pregunta evident és: com s’ho fan per apuntar els telescopis cap al lloc de l’univers correcte? A més, cal fer-ho amb una precisió extraordinària! I a sobre, com que la Terra va girant, l’objecte que tenim ganes de mirar s’anirà desplaçant pel firmament. Tècnicament som nosaltres els que ens movem, però a la pràctica veurem com apuntem a, posem per cas, un planeta i immediatament notarem que va desplaçant-se fins sortir del camp de visió.

En realitat el problema no és massa difícil de resoldre ja que tenim cartografiada bona part del firmament i ja hi ha motors que permeten rectificar la posició del telescopi per compensar la rotació de la Terra. Quan algú es compra un telescopi troba que hi ha dues opcions per orientar-lo correctament. El més senzill és el que fa servir la muntura altazimutal. La idea és que orientes el telescopi definint cap a quin costat apuntes i a quina altura ho fas (son les coordenades d‘azimut i d’altitud). La llauna és que cal anar ajustant les dues variables a mida que el lloc on apuntes es va movent degut a la rotació terrestre.

Un altre sistema és el de muntura equatorial. En aquest cal orientar d’entrada el telescopi de manera que d’entrada estigui apuntant cap al nord (o cap al sud a l’hemisferi austral). Aleshores només cal definir cap a quin costat apuntes (ascensió recta) i a quina altura ho fas (declinació). La gràcia és que en aquest sistema el lloc on apuntes només es mourà en una direcció i resulta més senzill fer que el telescopi vagi girant en un únic eix per anar-lo seguint  a mida que l’objecte estudiat es desplaça. La majoria de grans observatoris fan servir aquest sistema.

Un problema més difícil de resoldre és com s’ho fan els telescopis espacials. Allà ja no disposes d’unes coordenades terrestres per orientar-se. De fet, és el mateix problema que tenen les naus espacials per definir on estan exactament.

La solució va ser establir un catàleg d’estrelles en el que estigui perfectament establerta la seva posició. Aleshores, el telescopi espacial fa servir aquest catàleg com un fons de pantalla amb el que orientar-se. Busca algunes estrelles conegudes i rectifica la posició del telescopi fins que apunta a les coordenades desitjades en referència a aquestes estrelles. És clar, com més estrelles tinguis determinades, més precís serà el teu posicionament. El catàleg que feia servir el telescopi espacial Hubble (GSC per Guide Star Catalog o “Catàleg de guia estel·lar”) conté dinou milions d’estrelles i li permet apuntar amb una precisió extraordinària.

Amb un bon GSC i un sistema de seguiment estel·lar (Star tracker), els telescopis, però també les naus espacials, poden establir on son i quines correccions han de fer en la seva posició o en la trajectòria. De fet, aquest també és el sistema que fan servir els míssils balístics intercontinentals.

És curiós com en astronomia i en l’exploració espacial seguim tenint que respondre algunes de les grans preguntes que es fan els filòsofs: On soc? Cap on vull anar? Si més no, en aquest cas, l’enginy i la tecnologia ens han donat les eines per respondre-les.

Lynn Margulis; cinquanta anys de la seva gran idea

dijous, 19/10/2017

Fa poc vaig veure un tweet que recordava que aquest any és el cinquanta aniversari de la publicació d’un article que havia de canviar la manera com entenem la història de la vida a la Terra. La seva autora era una investigadora amb una empenta extraordinària i que va proposar una hipòtesi prou esbojarrada com per resultar revolucionaria. Ella era la Lynn Marguilis i l’article posava sobre la taula la teoria endosimbiòtica de l’origen de les cèl·lules eucariotes.

Paraules estranyes? Potser. Però el que va fer la Lynn va ser, ras i curt, explicar d’on venim tots nosaltres. Després de tot, les nostres cèl·lules són eucariotes. Això simplement vol dir que tenen un nucli, a més d’un grapat d’orgànuls que als llibres de ciències apareixen dibuixats en bonics colors. Els que no són eucariotes, és a dir que no tenen nucli, són els bacteris.

Fa mig segle, la teoria de l’evolució era (segueix sent-ho) el pal de paller de la biologia. A més, ja s’havia establert que el DNA era el material genètic, de manera que la selecció de mutacions favorables era la manera d’entendre com anava evolucionant i adaptant-se la vida a la Terra.

Hi havia coses, però que costaven d’entendre. Per exemple, si mirem alguns dels orgànuls que hi ha dins el citoplasma de les cèl·lules eucariotes notarem una cosa curiosa. El material genètic, el DNA, el tenim tot convenientment empaquetat en cromosomes que es troben a l’interior del nucli cel·lular. Ara bé, resulta que dins els mitocondris, hi ha una petita quantitat de DNA. Un DNA que conté les instruccions per fabricar algunes de les proteïnes que hi ha al mitocondri. Una curiositat que, si més no, requereix una explicació.

D’altra banda, la majoria d’orgànuls de la cèl·lula estan delimitats per una membrana similar a la que marca el límit de la cèl·lula. Però en el cas dels mitocondris, en trobem dues de membranes. De nou, una particularitat sorprenent que trobem també en el cas dels vegetals, en aquest cas amb un altre orgànul; els cloroplasts. Allà s’hi fa la fotosíntesi, però també tenen el seu propi DNA i la seva doble membrana.

La idea era imaginar seqüencies de mutacions i canvis que afavorissin l’aparició d’aquestes estructures. Unes estructures que resulten essencials per les nostres cèl·lules ja que són les centrals d’energia que permeten mantenir el metabolisme actiu.

La gràcia de la Lynn Margulis va ser empescar-se un mecanisme completament diferent. Ella es va adonar que el DNA dels mitocondris i dels cloroplasts estava estructurat d’una manera que no tenia res a veure amb el que hi ha al nucli cel·lular, però que resulta terriblement similar al que tenen els bacteris. De fet, un mitocondri aïllat resulta molt i molt similar en forma i mida a un bacteri. I el mateix passa amb els cloroplasts.

De manera que la Lynn es va deixar de pensar en mutacions seleccionades i va imaginar un altre mecanisme, conegut però considerat poc important, per donar-li tot el protagonisme: La simbiosi. El que va proposar és que inicialment hi havia un tipus de cèl·lula gran i amb un metabolisme poc eficient, que va incorporar dins el seu citoplasma un bacteri que tenia la capacitat de generar molta energia química. El normal hauria sigut digerir-lo, però les dues cèl·lules (la gran i el bacteri) van trobar la manera de conviure i la simbiosi va quedar fixada al llarg de l’evolució. Amb el temps, part del material genètic dels bacteris es va anar traspassant al nucli de la cèl·lula, però actualment encara en queda una mica del cromosoma bacterià original. Aquells bacteris són el que ara anomenem mitocondris (i cloroplasts en les plantes) i aquella simbiosi és el que va tornar les nostres cèl·lules tan eficients i va permetre que finalment apareguessin totes les formes de vida superiors que ara hi ha arreu del planeta.

La Lynn Margulis va fer moltes hipòtesis agosarades. La mateixa de la simbiosi la va ampliar a flagels i va proposar mecanismes diferents. Moltes de les seves idees van resultar errònies. Però només pots encertar-la arriscant-te i no tenint por d’equivocar-te. Aquest esperit decidit és el que va fer d’ella la gran investigadora que tots els biòlegs recordem i admirem.

I dues curiositats. Part dels seus estudis els va fer estudiant bacteris recollits al delta de l’Ebre. La recordo en una conferència disculpant-se perquè el seu català era massa rudimentari i dient que la faria en un castellà amb molt accent anglès. Un dels bacteris que va descobrir era una espiroqueta, de nom oficial Titanospirillum velox, però que ella anomenava “l’espiroqueta catalana“.

 L’altra és que si voleu buscar l’article original, el podeu mirar aquí. Notareu que no firma com Lynn Margulis sinó com Lynn Sagan, ja que aleshores estava casada amb en Carl Sagan, un altre gran de la ciència.

Estrelles de neutrons, ones gravitacionals i el ferro de la sang

dimecres, 18/10/2017

Fa tres setmanes comentava que al sistema LIGO de detecció d’ones gravitacionals s’hi havia afegit el detector europeu “Virgo”. Els tres, combinats, havien detectat la quarta onada gravitatòria generada per la fusió de dos forats negres. La gràcia del sistema era que amb tres detectors s’hauria de poder ajustar molt millor la zona on havia tingut lloc el fenomen. En alguns cassos això podria permetre apuntar els telescopis en aquella direcció i analitzar el fenomen amb altres sistemes. Eren candidats evidents al Premi Nobel, i efectivament, els hi van concedir uns dies després.

Doncs allò que se sospitava que podia passar ja ha passat. De fet va tenir lloc fa uns mesos, però fa un parell de dies es va fer l’anunci. El sistema LIGO-Virgo ha detectat una cinquena ona gravitacional, però aquesta vegada generada per la col·lisió i fusió de dues estrelles de neutrons. Amb major sensibilitat es poden detectar fenòmens generats per sistemes menors que els forats negres.

Les estrelles de neutrons són els cossos més massius que coneixem en el sentit que són estrelles. Els forats negres ja són una altra història, més complicada. L’estrella de neutrons és el que queda després de l’explosió d’una supernova, i la seva densitat és tan descomunal, que els electrons dels seus àtoms no poden compensar la tremenda gravetat i queden esclafats, combinant-se amb els protons per generar neutrons. Al final és una esfera compacta de neutrons girant a una velocitat absurdament elevada.

Doncs el dia 17 d’agost, el senyal generat per la fusió de dues estrelles de neutrons va creuar la Terra. Va ser curiós perquè a l’observatori de Hanford van detectar el senyal, però l’alarma no va saltar ja que no es va detectar el mateix a Livingston. Era estrany ja que el senyal era de llibre i corresponia al esperable en cas de col·lisió d’estrelles de neutrons. Aleshores van mirar les dades del segon detector i van veure que s’hi havia afegit un pic que havia fet que el programa el descartés. Excepte aquella interferència, la resta del senyal coincidia amb precisió, de manera que es va considerar que havia de ser una ona gravitacional. I quan va arribar la noticia que 1,3 mil·lisegons després també Virgo havia notat el pas de l’ona, va quedar clar que per primera vegada havien detectat aquest fenomen, previst teòricament, però mai observat.

Encara més. Mentre calculaven els va arribar la notícia que l’observatori fermi havia detectat un feix de raigs gamma 1,4 mil·lisegons després del pas de l’ona gravitacional. Aquests feixos de raigs gamma es coneixien des de fa temps, però es desconeixia el seu origen. Però entre les hipòtesis que hi havia sobre la taula, les fusions d’estrelles de neutrons era una de les possibilitats.

A partir d’aquell moment va tenir lloc una activitat frenètica per tot el món i dotzenes d’observatoris van apuntar en la direcció calculada. Quatre hores i mitja més tard, aquella zona de l’espai estava sent escodrinyada amb tot l’instrumental disponible.

I bingo! El primer va ser l’observatori de “Las Campanas” a Xile. Un nou punt brillant havia aparegut en la direcció d’una galàxia anomenada NGC 4993, per la constel·lació d’Hidra. Un punt de llum que amb el pas dels dies s’ha anat afeblint i que ara es considera una kilonova, això és: les restes de la fusió de les dues estrelles de neutrons. Aprofitant l’avinentesa s’ha pogut avaluar una altra dada important. La llum provinent del fenomen porta la marca dels elements pesants que es donava per fet que es formaven en aquests fenòmens i que ha sortit expel·lida com un núvol d’àtoms pesants al voltant de les estrelles de neutrons. Els àtoms més grans que el ferro ja no es poden formar dins les estrelles normals. Calen coses més energètiques, com aquesta. Ara hem vist que la teoria era correcta.

La propera vegada que us feu sang i us llepeu la ferida, recordeu que el ferro de l’hemoglobina que noteu a la llengua es va formar fa milions d’anys en l’esclat d’una supernova o en la fusió de dues estrelles de neutrons! Aquesta i altres que ens guarda el futur, son les coses que s’aniran descobrint o verificant en la nova era que acaba de començar, la de l’astronomia gravitacional.