Entrades amb l'etiqueta ‘nucleòtids’

Allò que és geomètric

divendres, 9/03/2018

Què és geomètric, i què no ho és? Si poseu “pintura geomètrica” en un cercador, us trobarà, a la web, fotos com la de dalt de la imatge, que tots veiem com una composició geomètrica. És un conjunt simple, format per superposició de figures quasi-rectangulars de diversos colors. Jo diria que la seva característica fonamental no és el fet de ser geomètric, sino la seva bidimensionalitat.

Mireu en canvi el quadre de baix, d’Edward Hopper, que és un exemple paradigmàtic del caràcter geomètric tridimensional de tot el que ens envolta. Hi podem veure les ombres degudes a l’orientació local de la superfície del terreny, que permeten deduir la posició del Sol, dalt a l’esquerra però no molt alta; les siluetes (aquells punts amb vector normal perpendicular a la direcció que els connectava amb l’ull de Hopper), les curvatures i plecs del terreny, les zones de curvatura Gaussiana positiva o negativa, algunes zones localment desenvolupables i fins i tot planes… Poca cosa es pot dir del caràcter geomètric del quadre de dalt, mentre que es podria escriure tot un llibre sobre la poesia que traspua l’obra de Hopper.

Hi ha un fet cultural força trist: no estem gaire preparats per a gaudir de la bellesa de les formes 3D, excepte, això sí, les humanes. Si ens demanen que mostrem alguna cosa geomètrica, és força probable que agafem un llapis i fem un dibuix 2D amb traços rectes i uns quants angles. Deu ser per això que els escultors són més escassos que els pintors i dibuixants.

Al món i la natura hi ha molt poques rectes. La geometria, aquesta ciència de la mesura del món que hem creat, ha de tenir eines per estudiar i entendre totes les formes corbades que ens envolten. La separació entre corbes i rectes és la que distingeix el món natural de l’artificial, perquè les rectes les vam inventar els humans. Van ser les rectes dels temples inques, egipcis, maies i babilònics, les que van inspirar Euclides quan, en un exercici d’abstracció, les va imaginar com continuació infinita del camí més curt que uneix dos punts donats.

I no es por parlar de geometria, de la geometria de veritat del món natural, sense parlar de Carl Friedrich Gauss. Gauss va ser un geni. Es diu que, als tres anys, va corregir un error en els càlculs financers del seu pare. I als set anys, a l’escola, va descobrir la formula per a calcular la suma d’una progressió aritmètica. De jove, mentre feia de cartògraf, va crear i escriure tota la disciplina que ara es coneix amb el nom de geometria diferencial, junt amb el concepte de curvatura de Gauss que porta el seu nom. El seu descobriment que les característiques de curvatura d’una superfície es poden deduir de manera completa només mesurant angles i distàncies i sense “mirar-la des de fora” és el que ara ens permet validar experimentalment la curvatura de l’espai que va plantejar Einstein a la seva teoria de la relativitat general, i la que ens ajuda a gaudir de tots els matisos corbats quan mirem el meravellós quadre de Hopper.

Tot és geometria. La nostra realitat geomètrica, tan similar a la dels altres animals, ens ajuda a entendre que som natura i que som geometria. Tenim una forma exterior quasi-simètrica, amb un pla de simetria que separa dreta i esquerra que fa que les nostres mans, en lloc de idèntiques, siguin enantiomorfes. La similitud en la disposició dels nucleòtids al llarg de l’hèlix de l’ADN (tot un prodigi geomètric absolutament tridimensional) fa que tots els humans siguem essencialment similars, i ens explica, com molt bé va fer Albert Einstein, que totes les persones que habitem el món som iguals pel que fa als nostres drets. Acabo amb tres frases que se li atribueixen: “Hi ha dues maneres de mirar la vida: creure que els miracles no existeixen o creure que tot és un miracle”, “El meu ideal polític és la democràcia. Que es respecti tothom com a individu i cap persona sigui idolatrada”, i “La paraula progrés no té cap sentit mentre hi hagi nens infeliços”.

Per cert, avui acabo amb una imatge (geomètrica, també), en comptes d’una cita:

On és, la informació?

dissabte, 16/12/2017

Els informàtics som cuiners d’informació. La guardem i la processem. La treballem, la preparem i intentem fer-la més digerible. A mi personalment, m’agrada treballar la informació geomètrica que permet modelitzar i representar la forma de tot el que ens envolta, però hi ha companys que són especialistes en camps tant diversos com el de la informació relativa al color i aparença dels objectes, l’anàlisi de dades, l’estudi d’informació textual, la interpretació d’imatges, el tractament de dades de sensors, la interpretació de la informació que donen els escàners mèdics, l’anàlisi de tot el que hi ha a internet, i molts d’altres. La informació es pot obtenir, emmagatzemar, enviar, compactar, des-compactar, filtrar, comparar, transformar, sintetitzar, i fins i tot crear.

Però, com es guarda? Us heu preguntat alguna vegada com és que les targetes externes de memòria dels nostres telèfons, com la de la imatge, poden guardar fotos, vídeos i documents? On són, les fotos? Ens hem acostumat a aquest estrany món màgic en el que podem veure noticies de tot el món pràcticament en temps real ben asseguts al sofà de casa i en el que podem parlar i veure les persones que estimem mentre caminem pel carrer i mirem la pantalla del mòbil, i ja res ens sorprèn. Però, ben mirat, no deixa de ser meravellós. Hem après a fer uns petits objectes, prims i petits com una ungla, minerals i inerts com les pedres, però que, amb la seva sofisticada estructura interna, poden guardar milers de fotos i vídeos. Són plaques minerals que amaguen un immens volum d’informació. La targeta que veieu a la imatge, de 32 GB, té espai per uns 64.000 llibres com el que ara mateix estic llegint.

L’Emilio Lledó ens parla d’aquest invent màgic que va ser l’escriptura. Ens diu que l’escriptura va ser el primer artifici per subjectar el riu del temps, permetent que el “després” no es dissolgués per sempre i que les paraules pronunciades no s’esgotessin en l’oralitat. Només l’escriptura va poder allargar la vida de la memòria, consolidant una cultura que abans, únicament amb la tradició oral, era immensament fràgil. Perquè quan parlem, estem comunicant informacions a travès de vibracions de l’aire, vibracions efímeres que es perden per sempre més si ningú, en aquell lloc i moment, les escolta. En canvi, l’escriptura aconsegueix el miracle de permetre la comunicació entre dos instants diferents de temps, amb marques a tauletes d’argila o marques de tinta a pergamins que perduren anys i anys. Per això, l’Emilio Lledó diu que el llibre és, abans que res, un recipient on reposa el temps, una presència que, paradoxalment, és carregada d’absències de manera que la lectura conjuga dues temporalitats, la de qui el va escriure i la de qui el llegeix. Jo només afegiria un detall: els llibres són recipients on reposa el temps, però també són regals d’informació. Fins el descobriment de la fotografia i el cine, els llibres van ser pràcticament els únics recipients (o contenidors) d’informació que va tenir la humanitat.

La informació és allò que ens permet conèixer, entendre, tenir arguments, decidir amb coneixement de causa. Però no existeix per sí sola. Li cal un substrat, basat en la matèria o en l’energia. I si no el té, desapareix. La matèria ens serveix per guardar-la, l’energia per enviar-la. Les lletres de tinta a les pàgines dels llibres codifiquen la informació del text en base a unes determinades pautes de forma i ordre. Quan llegim, aquest ordre material ens arriba a la retina gràcies a l’energia d’aquests fotons efímers que surten de la pàgina i que justament existeixen gràcies a uns altres fotons, els de la làmpada de casa. Tot és ben subtil. No podem llegir sense fotons, i els fotons, sense ulls que mirin, es perden junt amb la seva informació. Però la conjunció de pàgines escrites, fotons i mirada fa que la informació arribi al nostre cervell i que quedi emmagatzemada a les connexions entre neurones. És la informació dels llibres, cartells, imatges i vídeos, que ens arriba gràcies a la llum i que acaba guardant-se en petites modificacions de la matèria que conforma el nostre cervell.

Guardem informació visual, auditiva i en general sensorial al cervell, i el nostre cos guarda, a la seqüència de nucleòtids de l’ADN, tota la informació genètica que permetria fins i tot clonar-nos. Creem informació amb tots els correus electrònics i missatges que enviem, informació que al menys durant un temps ens queda guardada als nostres mòbils i portàtils. El vent que s’emporta les espores i llavors, ajuda a disseminar informació de les plantes, a la vegada que informa les abelles de les flors que requereixen pol·linització. Fins i tot rebem informació dels estels, codificada en l’espectre dels fotons de la seva llum. Perquè la informació no és cosa nostra. Fa milions d’anys que va repetint aquest cicle de la informació inherent a la matèria, que s’envia, es rep, es torna a guardar segurament una mica modificada, i així successivament.

Quan veig una targeta Micro-SD com la de la imatge no deixo d’admirar-me. Penso en els primers ordinadors de memòria de nuclis de ferrita, amb els que vaig tenir el privilegi de poder treballar. A la imatge de sota teniu una foto d’un tros d’una d’aquestes memòries, amb 2.500 nuclis. Compareu la mida (el meu dit pot servir de referència) amb la de la targeta de la imatge de dalt, on hi caben 32 mil milions de Bytes. En canvi, com que cada nucli podia guardar un bit, el tros de memòria de la foto podia emmagatzemar uns 312 Bytes. En aquesta web podeu veure el seu funcionament.

Però les memòries de ferrita van desaparèixer amb l’aparició dels circuits integrats i la miniaturització. Vam passar pels grans discs durs, pels disquets, pels CD i pels DVD. Els CD són com camps llaurats, amb solcs que marquen els bits individuals d’informació. Ho podeu veure, per exemple, a les imatges d’aquesta web. I, tornant al principi, on és la informació que guardem en un llapis de memòria o en una targeta Micro-SD? Les memòries flash no tenen nuclis de ferrita ni solcs, sino pous. La targeta de la imatge conté un total de 256 mil milions de pous microscòpics de potencial, ben aïllats, cada un dels quals pot atrapar i guardar electrons sense deixar-los sortir. La informació es guarda en pous plens i pous buits, que codifiquen els bits de tot allò que hi posem. Podem deixar la targeta en un calaix i al cap d’uns anys connectar-la via USB a l’ordinador. Comprovarem que la informació és allà, ben guardada. A les targetes flash no hi ha lletres ni píxels; només pous d’electrons.

La informació és etèria, però sabem que necessita una base material on reposar. És la gran paradoxa, que fa que sigui limitada, en temps, en espai i en volum. Pot durar centenars de milions d’anys, en trossos d’ADN que trobem en restes fossilitzades d’antics animals i plantes. O pot ser efímera, quan per error esborrem allò que acabem d’escriure. Aquest límit temporal és dramàtic. Hem perdut la majoria de manuscrits de l’antiguitat i ens hem de conformar amb el poc que ens està arribant. El temps és inexorable, i acabarà escombrant, moltes vegades de manera aleatòria, gran part del que ara ens sembla important. I també és evident que la immensa majoria de les fotos que es fan els joves d’avui en dia no arribaran pas als seus néts. Però a més és limitada en espai perquè és molt rar que no romangui a la Terra. I ho és en quantitat i volum perquè necessita un determinat substrat material que la emmagatzemi. Per tant, el nombre màxim de bits d’informació té un límit, que és de l’ordre del nombre d’àtoms (o partícules) a l’Univers, i que a la seva vegada és de l’ordre de 10 elevat a la potència 82. Un 1 seguit de 82 zeros. És un valor absolutament gegantí, però és un límit. La informació, a cavall entre la matèria i l’energia, és allò tan estrany, eteri i limitat que ens regalen els llibres quan els llegim a l’ombra d’un arbre.
———

Per cert, Vicenç Villatoro cita un acudit dels temps de Franco, que deia: “En España no se persigue a nadie por sus ideas, siempre que se mantengan en su espacio natural, que es el cerebro”.

Negociació, informació i restriccions

dijous, 9/11/2017

Si dic que portem la negociació als gens, estic fent una afirmació que és molt més certa del que podem arribar a pensar. Perquè de fet som un pacte: el pacte que va resultar d’un sofisticat mecanisme que va involucrar l’ADN de la nostra mare i el del nostre pare.

Tots sabem que l’ADN és el contenidor de la informació genètica que explica els nostres trets, físics i fins i tot de caràcter. L’ADN humà es troba repartit en 23 parells de cromosomes, que contenen gens amb cadenes de nucleòtids. El que no és tan conegut, però, és el mecanisme de transmissió genètica de pares a fills. Quasi totes les nostres cèl·lules són diploides i contenen dues “versions” de cada cromosoma. Les úniques que no ho són, però, són les cèl·lules sexuals o gàmetes, que contenen una única còpia de cada cromosoma. El mecanisme de divisió cel·lular que produeix cèl·lules sexuals a partir de les diploides s’anomena meiosi.

L’interessant de tot plegat és que aquestes dues “versions” de cada cromosoma que tenim a totes les nostres cèl·lules excepte les sexuals, són directament una “petjada” de cada un dels nostres dos pares. Dit d’una altra manera, la meitat del nostre ADN ve directament de la nostra mare (sense cap modificació), i l’altra meitat, del nostre pare. Tal vegada els nostres pares ja han mort, però dins nostre, a cada una de les nostres cèl·lules, continuem tenint part del pare i part de la mare, en una coexistència que perdura fins la nostra desaparició. Les dues “versions” de cada cromosoma que tenim a cada un dels 23 parells no són més que els gens i nucleòtids que van aportar un i altre en el moment de la fecundació (vegeu la nota al final). La fecundació no barreja, només conserva el que li arriba d’una i altra banda.

El pacte genètic que ens va crear va ser fruit d’una negociació que no podia ser més neta i justa. Com que cap dels nostres progenitors podia imposar la seva marca genètica, i com que és clar que la informació genètica dels fills no pot ser més gran que la de cada un dels dos pares, tots dos van començar renunciant a la meitat de la informació dels seus nucleòtids. L’evolució ha construït un mecanisme de reproducció que comença cedint, de manera que cada progenitor renuncia a la meitat de la seva informació genètica (vegeu un cop més la nota al final). Com que la informació genètica no pot créixer constantment (aquesta és la restricció inherent als mecanismes reproductius), la negociació genètica ha d’assolir un pacte en base a la renúncia de la meitat del que tenen un i altre. Aquesta pàgina web mostra una animació, de la qual he obtingut la imatge de dalt, que ho explica gràficament.

El resultat d’aquest mecanisme que ha anat refinant l’evolució durant milions d’anys és extraordinari. La quantitat d’informació genètica es manté constant al llarg de les generacions (és de l’ordre de tres mil milions de nucleòtids o, el que és el mateix, 3 milions de kilo-bases) amb un sistema reproductiu que assegura aquesta restricció en base a un admirable i robust mecanisme de pacte. Som fruit de la cooperació, amb un ADN que sap cedir. Desconeixem els orígens de la vida, però és probable que alguns dels primers organismes no volguessin pactar la seva informació genètica. Si van existir, eren petits éssers vius que volien guanyar sense cedir ni pactar. Però ja no hi són, no en queda cap.

És sorprenent que els humans no tinguem aquesta capacitat de cedir que sí que tenen les nostres cèl·lules. Ni som conscients dels límits i restriccions, ni, quan parlem i discutim, som massa propensos a deixar de banda part del que volem. En paísos amb cultura democràtica recent, com el nostre, la paraula “vèncer” és més atractiva que “cedir” o “negociar”, i competir és més encisador que cooperar. Però, mentre les espècies animals i vegetals són força estables i van evolucionant lentament, la condició humana i les ganes de guanyar estan incrementant de manera molt preocupant i quasi suicida les desigualtats al món. Com bé diu l’Eudald Carbonell, encara som a l’era de la pre-humanització. I el repte és cada cop més urgent, si no volem desaparèixer com a espècie. La supervivència, al segle XXI, en un món on ja no podem conquerir més terres, en aquesta nau espacial Terra on som, implica gestionar bé, dialogar, respectar els drets humans, i no pensar més en vèncer. Si aconseguim sobreviure, ens anirem humanitzant a mesura que aprenem a escoltar i a usar únicament la negociació i les eines democràtiques per a resoldre els conflictes.

———
Per cert, l’Alfred de Zayas, en un informe de l’oficina de l’Alt Comissionat de l’ONU pels Drets Humans, demana a les autoritats espanyoles que es posin a negociar amb els líders catalans. Diu que l’única solució democràtica a l’impasse actual és suspendre les mesures repressives i organitzar un referèndum per determinar els veritables desitjos de la població afectada. Referèndum que diu que hauria de ser supervisat per la UE, l’OCDE i observadors privats, inclòs el Centre Carter.

———

NOTA: Pensem en un qualsevol dels 23 parells de cromosomes, per exemple el primer. La meva mare té el parell que anomenaré (M1m, M1p) de manera que el cromosoma M1m (amb tots els seus gens i nucleòtids) ve directament de la meva àvia materna i el M1p és del meu avi matern. D’altra banda, aquest primer parell del meu pare el podríem anomenar (P1m, P1p) de tal manera que el cromosoma P1m ve directament de la meva àvia paterna i el P1p és del meu avi patern. Cada cop que es genera un òvul, aquest passa a tenir un únic cromosoma O1 a partir de la barreja, en part aleatòria, del material genètic de M1m i M1p. L’òvul, en lloc de 23 parells de cromosomes (46 cromosomes en total), només té 23 cromosomes O1… O23. I, cada cop que es crea un espermatozoide, aquest passa a tenir un únic cromosoma E1 a partir de la barreja, en part aleatòria, del material genètic de P1m i P1p. L’espermatozoide, en lloc de tenir 46 cromosomes agrupats en 23 parells, només té 23 cromosomes E1… E23. Els nostres 23 parells de cromosomes són (O1, E1), (O2, E2), … (O23, E23). Cada un d’ells conté informació directa de la meva mare (que a la seva vegada, és el resultat d’una negociació genètica entre els dos cromosomes corresponents dels meus avis materns) i informació directa del meu pare que prové de la barreja d’informació dels meus avis paterns.