Possible trobada de planetes fora de la nostra galàxia

El passat 2 de febrer, Eduardo Guerras i Xinyu Dai, de la universitat d’Oklahoma publiquen (1) una prova de la presència de planetes interestel·lars, no associats a cap estrella, dins d’una galàxia situada a 3.800 milions d’anys llum de la Terra. La prova és la curvatura observada de la llum del quàsar RX J1131 (2), situat a 6.000 milions d’anys llum de la Terra, per l’efecte de lent gravitacional de la galàxia esmentada. Guerras i Dai calculen en 2000 planetes orfes, en el rang de masses entre la Lluna i Júpiter, per cada estrella de la galàxia, els que provocarien aquest efecte.

Combination image of quasar RX J1131 (center) taken via NASA’s Chandra X-ray Observatory and the Hubble Space Telescope
https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/distant-quasar-RXJ1131.html

És la primera vegada que es dona una prova de la possible presència de planetes fora de la Via Làctia, però alguns experts, encara que pensen que l’estudi és rigorós, es mostren cautelosos: Guillem Anglada, professor de la universitat Queen Mary de Londres creu plausible l’explicació però discuteix que es pugui valorar en 2000 planetes; Ignasi Ribas, director de l’Institut de Ciències de l’Espai de Barcelona (IEEC-CSIC), no està d’acord en anomenar-los planetes i prefereix l’expressió «objectes de massa planetària». Eduardo Guerras però, defensa la seva hipòtesi com la més plausible. (3).

Ara (7 de febrer de 2018) que s’han descobert 3.605 planetes extrasolars confirmats (4), tots ells dins de la Via Làctia, s’haurà de veure si es verifica aquesta hipòtesi que podria obrir un nou camp en la investigació dels nous mons possibles.

Fonts d’informació utilitzades

(1) Xinyu Dai, Eduardo Guerras. «Probing Planets in Extragalactic Galaxies Using Quasar Microlensing» The Astrophysical Journal Letters, Volume 853, Number 2. 02.02.2018.
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aaa5fb/meta
(2) Chandra X-Ray. Distant Quasar RX J1131. NASA.
https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/multimedia/distant-quasar-RXJ1131.html
(3) Manuel Ansede. «Un español anuncia el descubrimiento de los primeros planetas fuera de nuestra galaxia». El País. 06.02.2018.
https://elpais.com/elpais/2018/02/05/ciencia/1517858232_392953.html
(4) New Worlds Atlas. NASA. https://exoplanets.nasa.gov/newworldsatlas/

Publicat dins de astronomia, cosmologia | Comentaris tancats a Possible trobada de planetes fora de la nostra galàxia

Persones més influents en ciència, segons Nature

El 18 de desembre passat (2017), la revista Nature va destacar les 10 persones més influents en ciència durant l’any 2017 (1). Els tres que han cridat més l’atenció d’aquest blog són David Liu (2), editor de gens, Marica Branchesi (3), astrofísica d’ones gravitacionals i Pan Jianwei (4), físic quàntic.

David Liu. By ServiceAT (Own work) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

David Liu ja va cridar l’atenció dels seus professors quan estudiava la llicenciatura a la universitat de Harvard. Després, quan era estudiant de doctorat, el premi Nobel i professor de Harvard, E. J. Corey, va convidar Liu a donar un seminari. Els membres de la facultat de química van quedar tan impressionats que li van oferir un lloc de treball per quan acabés la seva tesi. Ara és un expert en edició genètica, per exemple, amb el mètode CRISPR-Cas9. Es pot veure una explicació sobre aquest mètode en aquest blog (5). L’abril de 2016, l’equip de Liu ha publicat una variant del mètode que permet canviar les lletres del codi genètic, C per T i G per A, d’una cèl·lula viva, de forma fiable i predictible. Un bon nombre de malalties que tenen origen en una mutació del codi genètic basada en canvis en les lletres del codi, tenen ara noves possibilitats de curació.

Marica Branchesi. Foto Gran Sasso Science Institute.

Marica Branchesi ha aconseguit posar d’acord astrònoms i físics per treballar conjuntament en la detecció d’ones gravitacionals i alhora en l’observació de la causa que les produeix. L’11 de febrer de 2016 es van detectar per primera vegada ones gravitacionals, les quals havien estat provocades per el xoc de dos forats negres de massa unes 30 vegades la del Sol, produït fa 1.300 milions d’anys. Aquest fet va valer a Rainer Weiss, Barry C. Barish i Kip S. Thorne el Nobel de Física 2017. Branchesi, que va començar el 2009 a treballar a VIRGO, el detector d’ones gravitacionals italià, va fer que les setmanes després el 17 d’agost passat, uns 70 equips d’astrònoms i físics de tot el món captessin la primera observació directa del xoc de dues estrelles de neutrons i, alhora, les ones gravitacionals generades en l’esdeveniment. L’observació simultània, publicada el 16 d’octubre (6) permetrà conèixer millor la natura de certes explosions de raigs gamma i l’origen dels elements més pesants de l’Univers.

Pan Jianwei ha portat a Xina a l’avantguarda de la comunicació quàntica de llarga distància. Al juliol de 2017 va batre el record de teletransport quàntic: va transmetre l’estat quàntic d’un fotó des de la Terra a un satèl·lit situat a 1.400 km de distància, quan el record anterior estava en 100 km. El setembre passat (2017), el mateix equip dirigit per Pan, utilitzant el mateix satèl·lit, va fer l’encriptació quàntica d’una comunicació entre Beijing i Viena, permetent la realització d’un vídeo-xat amb completa seguretat. Per les pròpies característiques dels sistemes quàntics, si algú hagués interceptat la comunicació hauria estat detectat. Les connexions quàntiques de llarga distància podrien permetre un xifrat mundial irrompible o la creació d’un telescopi de super resolució, combinant la llum procedent de detectors de tot el planeta. Pan confia en que el govern xinès doni suport al seu plan de comunicació quàntica, metrologia i computació, amb un pressupost de 2.000 milions de dollars en 5 anys.

Actualització del 20.01.2018.
Live Science publica la notícia de que la xarxa quàntica xinesa ja és online. Senyals de ràdio i televisió, així com converses telefòniques i dades ja circulen en condicions de seguretat mai vistes. (7)

Fonts d’informació utilitzades
(1) Heidi Ledford i altres. Nature’s 10. Ten people who mattered this year. 18.12.2017.
https://www.nature.com/articles/d41586-017-07763-y?accessible=true
(2) David Liu. Departament of Chemistry and Chemical Biology. Harvard University.
https://chemistry.harvard.edu/people/david-r-liu
(3) Marica Branchesi. Gran Sasso Science Institute.
http://www.gssi.infn.it/people/professors/lectures-physics/item/1997-branchesi-marica
(4) Pan Jianwei. Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale. University of Science and Tecnology. China. http://quantum.ustc.edu.cn/member/homepage.php?uid=16
(5) Emmanuelle Charpentier, en aquest blog: http://www.deciencia.net/descobriment/?p=1138
(6) B.P. Abbott i altres. Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger». The Astrophysical Journal Letters. 16.10.2017.
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa91c9/meta

(7) China’s Quantum-Key Network, the Largest Ever, Is Officially Online. By Rafi Letzter, Staff Writer | January 19, 2018 10:56am ET. https://www.livescience.com/61474-micius-china-quantum-key-intercontinental.html?utm_source=notification

Notícia comentada a Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 20 de desembre de 2017

Publicat dins de astronomia, biologia, cosmologia, física, informàtica | Comentaris tancats a Persones més influents en ciència, segons Nature

Forat negre massiu més antic dels descoberts fins ara

Eduardo Bañados i el seu equip de l’observatori de Las Campanas del nord de Xile, han descobert el forat negre massiu més antic dels que s’han trobat fins ara. El passat 6 de desembre (2017) van publicar a la revista Nature (1) l’observació del quàsar ULAS J1342+0928, associat a un forat negre supermassiu, 800 milions de vegades la massa del Sol, amb un valor de desplaçament cap al roig de z = 7,54. Aquest valor indica que l’observació correspon a un forat negre existent quan l’univers tenia només 690 milions d’anys d’edat i es començaven a formar les primeres estrelles i galàxies. Els autors també han trobat evidències de que l’hidrogen situat al medi intergalàctic era neutre, d’acord amb el que prediu el model cosmològic generalment acceptat.

Els quàsars, els objectes més brillants de l’univers, es produeixen quan un gran forat negre situat al centre d’una galàxia absorbeix tota la matèria del seu voltant, alliberant una gran quantitat d’energia en forma de radiació. Uns 400.000 anys després del Big Bang, protons i electrons es van combinar per formar hidrogen neutre en un univers fosc. La gravitació començà a formar les primeres estrelles, que van començar a emetre radiació en l’etapa de reionització, entre 150 i 1000 milions d’anys després del Big Bang. La reionització va fer que l’univers es tornés transparent a la llum i els fotons poguessin viatjar lliurement.

ULAS_J1120+0641. Recreació artística. By ESO/M. Kornmesser – http://www.eso.org/public/images/eso1122a/ , CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15700804

Aquest descobriment es produeix 6 anys després de la trobada de l’anterior forat negre més antic, publicada a Nature el juny de 2011 (2), amb un valor de desplaçament cap al roig de z = 7,085, corresponent a 770 milions d’anys després del Big Bang. La imatge mostra una recreació del quàsar, ULAS_J1120+0641 associat a aquest forat negre.

Fonts d’informació utilitzades
(1) E. Bañados i altres. «An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5», doi:10.1038/nature25180. 06.12.2017. https://www.nature.com/articles/nature25180
(2) Daniel J. Mortlock i altres. “A luminous quasar at a redshift of z = 7.085”, doi:10.1038/nature10159 . 29.06.2011. https://www.nature.com/articles/nature10159

Notícia comentada a Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 20 de desembre de 2017

Publicat dins de astronomia, cosmologia | Comentaris tancats a Forat negre massiu més antic dels descoberts fins ara

Descobreixen la substància clau per la formació de la primera cèl·lula

El passat 6 d’aquest mes de novembre (2017), la revista Nature Chemistry ha publicat un descobriment (1) que aporta llum al misteri de l’aparició de la vida a la Terra. Científics del Scripps Research Institute de La Jolla, Califòrnia, han trobat una substància, diamidofosfat (DAP, per el nom en anglès), que afavoreix la combinació, en medi aquós, dels components bàsics de la cèl·lula.

Una cèl·lula està formada almenys per tres classes de components: les proteïnes, que formen les estructures cel·lulars, els nucleòtids, que són les peces de l’ADN/ARN que porten el codi genètic, i els lípids, que formen part de la membrana cel·lular que engloba tot el que constitueix la cèl·lula. L’aparició de la vida sobre el planeta implicaria la formació d’una primera cèl·lula per reunió d’aquests tres tipus de components.

Fosforilació, clau en la formació de la primera cèl·lula. Imatge de The Krishnamurthy Lab. , Scripps Research Institute. La Jolla, California. (3)

Ramanarayanan Krishnamurthy, del departament de química del Scripps Research Institute de La Jolla, Califòrnia, USA (3) i el seu equip, han demostrat que el DAP provoca la reacció de fosforilació (addició d’un grup fosfat) de nucleòtids, aminoàcids i lípids, en medi aquós de forma eficient i sense cap agent condensant, en condicions similars a les que es donaven a la Terra quan va aparèixer la vida. El procés de fosforilació dels tres components cel·lulars bàsics mitjançant el DAP, podria generar, en un únic entorn aquós, molècules prebiològiques rellevants per la formació de la primera cèl·lula. En un article anterior (2), publicat el juliol per quasi bé el mateixos autors, es detallen reaccions de fosforilació fetes per diferents agents formats per fòsfor i nitrogen. En l’article de novembre (1) però, conclouen que és el DAP l’agent que millor aconseguiria la fosforilació dels components bàsics de la cèl·lula.

Stanley Miller i Harold Urey, l’any 1952, ja van demostrar en un celebre experiment que, en determinades condicions, a partir d’una mescla de productes comuns a la Terra, com aigua, metà, amoníac i hidrogen, es podien generar aminoàcids, els maons de les proteïnes. L’experiment provava, per primera vegada, que era possible la formació de molècules orgàniques, complexes, a partir d’altres inorgàniques, més simples en les condicions de la Terra primitiva i donava suport a la teoria de que la vida s’hauria pogut formar a partir de substàncies simples presents al planeta. Però el fet que es puguin generar substàncies complexes ens porta al següent esglaó del problema que és: com es poden reunir les substàncies complexes formades, en una unitat que tingui capacitat de reproducció, és a dir, una cèl·lula? El descobriment de Krishnamurthy i el seu equip constitueix un pas endavant en l’explicació del procés de formació de la primera cèl·lula.

Fonts d’informació utilitzades
(1) Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik, Megha Karki, Eun-Kyong Kim & Ramanarayanan Krishnamurthy. «Phosphorylation, oligomerization and self-assembly in water under potential prebiotic conditions”. Nature Chemistry :10.1038/nchem.2878. 06.11.2017.
https://www.nature.com/articles/nchem.2878
(2) Megha Karki, Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik and Ramanarayanan Krishnamurthy. «Nitrogenous Derivatives of Phosphorus and the Origins of Life: Plausible Prebiotic Phosphorylating Agents in Water» Life 2017, 7(3), 32; doi:10.3390/life7030032. 29.07.2017.
http://www.mdpi.com/2075-1729/7/3/32/htm
(3) The Krishnamurthy Lab. http://www.scripps.edu/krishnamurthy/

Notícia comentada a Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 29 de novembre de 2017

Publicat dins de biologia, química | Comentaris tancats a Descobreixen la substància clau per la formació de la primera cèl·lula

Visualització detallada de les molècules, Nobel de Química

El descobriment de Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson impulsa a la ciència bioquímica cap a una nova era, segons l’Acadèmia Sueca que acaba de concedir el Nobel de química als tres científics. La tècnica de microscòpia crioelectrònica que han desenvolupat permet visualitzar, amb resolució atòmica, biomolècules en moviment que fins ara no havia estat possible veure.

L’eina per obtenir imatges amb tan alta resolució és el microscopi electrònic, que fins fa uns vint anys es considerava inadequat per dues raons: el feix d’electrons, que és la «llum» que utilitza el microscopi electrònic, destruïa les molècules orgàniques a les quals es dirigia i, d’altra banda, com que requereix treballar al buit, aquest buit provocava l’evaporació de l’aigua present al voltant de la molècula i això alterava la seva estructura.

Richard Henderson va aconseguir fer front als dos problemes el 1975, obtenint imatges de bacteriorodopsina, proteïna de color porpra incrustada a la membrana cel·lular de determinats organismes. Va cobrir la superfície de la mostra a observar amb una solució de glucosa, que evitava l’evaporació de l’aigua i va utilitzar un feix d’electrons suficientment feble per no destruir la molècula. Aquest procediment donava imatges de baixa resolució però, prenent imatges des de diferents angles i coneixent que els àtoms dins la proteïna estan situats seguint un patró determinat, va ser possible obtenir la millor imatge de l’estructura de la proteïna mai vista en tres dimensions.

Joachim Frank va desenvolupar un mètode matemàtic (software) que permetia reconèixer diferents patrons en la imatge i, reunint la informació dels patrons similars, millorava la resolució de la imatge 2D obtinguda. Reunint diferents imatges 2D obtingudes des de diferents angles, creava una imatge 3D. A meitat dels anys 1980, va utilitzar el mètode per obtenir la imatge de la superfície d’un ribosoma, la fàbrica de proteïnes cel·lular.

El mètode posat a punt per Henderson no servia però per molècules que fossin solubles en medi aquós, ja que aquest les alterava. Diferents investigadors van tractar de recobrir la molècula amb aigua a baixa temperatura, formant gel per evitar la dissolució. Però els cristalls de gel distorsionaven el feix d’electrons i les imatges eren inservibles. Jacques Dubochet va donar amb la solució: refredant l’aigua molt ràpidament, no es formen cristalls sinó una forma vítria (sòlid però sense l’ordenació típica dels cristalls) de l’aigua que recobreix la molècula. La temperatura prou baixa s’aconseguia amb età refredat per nitrogen líquid. El 1984 Dubochet va presentar les primeres imatges ben contrastades de diferents virus. Aquest és el mètode anomenat de microscòpia crioelectrònica.

Utilitzant el seu software amb el mètode de Henderson, Frank va obtenir el 1991 noves imatges de ribosomes en 3D amb una resolució de 40 A (Angstrom). La resolució del mètode ha anat millorant i, el 2013, s’obtenen ja imatges amb resolució atòmica (1 A) .

Imatge treta de:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/popular-chemistryprize2017.pdf

Notícia a la pàgina del Nobel:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/press.html

Publicat dins de premis nobel, química | Comentaris tancats a Visualització detallada de les molècules, Nobel de Química

Primera detecció de les ones gravitacionals, Nobel de Física

Rainer Weiss, Barry C. Barish, Kip S. Thorne han rebut el Premi Nobel de Física 2017 per “les decisives contribucions al detector LIGO i l’observació d’ones gravitacionals”. Les ones gravitacionals, una predicció de la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein publicada fa poc més de 100 anys, són la transmissió d’esdeveniments produïts en cossos molt massius a través del teixit de l’espai-temps. Aquestes ones tenen una acció extremadament feble sobre l’entorn, raó per la qual, el mateix Einstein estava convençut que mai podrien ser mesurades.

Per ser detectades calien per tant dues condicions: un esdeveniment còsmic suficientment potent com per generar ones gravitacionals d’una intensitat considerable i disposar d’aparells de molt alta resolució, capaç de mesurar-les. Aquestes dues condicions es van complir alhora el dia 11 de febrer de 2016, quan van arribar a la Terra les ones procedents del xoc de dos forats negres de massa unes 30 vegades el Sol, produït fa 1.300 milions d’anys, i el detector LIGO estava preparat per rebre-les i mesurar-les.

L’any 1984, un equip de científics liderat per Kip S. Thorne, de l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) i Reiner Weiss, de l’Institut Tecnològic de Massachussets (MIT) va posar en marxa el projecte LIGO amb l’objectiu de detectar les ones gravitacionals. LIGO consta de dos interferòmetres làser situats en punts extrems dels Estats Units, Livinstong, Louisiana, al sud-est i Hanford, Washington, al nord-oest. Cada interferòmetre consta de dos braços de 4 km que formen un angle recte, per cadascun dels quals circula un raig làser. Els raigs procedents de cada braç es troben en un punt, produint una figura d’interferència característica. Una variació en l’espai temps, provocada per exemple per una ona gravitacional, que modifiqui lleugerament la longitud dels braços, fa variar la figura d’interferència i permet detectar el pas de l’ona.

Barry C.Barish, de l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) s’incorpora al projecte LIGO el 1994 com a investigador principal i es nomenat director el 1997. La darrera versió, Advanced LIGO, de l’any 2010, millora la detecció allargant el recorregut dels làser fins el 1.120 km en cada braç, a través d’un sistema de miralls. El sistema és aleshores capaç de detectar canvis en la longitud dels braços milers de vegades menors que el diàmetre d’un protó. Estava preparat per a la detecció de les ones gravitacionals.

Ones de tota mena de l’espectre electromagnètic s’han utilitzat per observar l’univers, però ara, amb el descobriment de les ones gravitacionals, s’obre un camp de grans i encara desconegudes possibilitats. Les ones gravitacionals, que no són de naturalesa electromagnètica, ens permetran conèixer més a fons el teixit del que està fet l’univers, l’espai-temps.

Fonts d’informació:
Premi Nobel de Física: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/press.html
Projecte LIGO: https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-gw-interferometer

Publicat dins de cosmologia, física, premis nobel | Comentaris tancats a Primera detecció de les ones gravitacionals, Nobel de Física

Nobel per el descobriment del rellotge intern del cos

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, Michael W. Young han rebut el Nobel de Medicina 2017 per “el descobriment dels mecanismes moleculars que controlen el ritme circadià”. Ritme circadià és l’oscil·lació de les variables biològiques d’un ésser viu per adaptar-se a la successió del dia i la nit, l’anomenat rellotge intern. Des de fa molt temps es coneix que la fisiologia dels éssers vius s’adapta al cicle diari marcat per la rotació del planeta. Tothom que ha viatjat a través de diferents fusos horaris ha patit, en major o menor mesura, les conseqüències del »jet lag». No ha estat però, fins els resultats dels treballs dels premiats, que s’ha pogut explicar com les plantes, els animals i els mateixos humans, ens adaptem al moviment diari de la Terra.

Durant els anys 1970 , Seymour Benzer i Ronald Konopka van demostrar que les mutacions d’un gen desconegut, que van anomenar període (period en anglès) alteraven el ritme circadià de les mosques. El 1984, Hall i Rosbash, van aïllar el gen període i van descobrir que la proteïna PER, codificada per el gen període s’acumulava durant la nit i es degradava durant el dia. Els nivells de PER oscil·laven en un cicle de 24 hores, d’acord amb el ritme circadià. El pas següent era comprendre el mecanisme per el qual es produïen les oscil·lacions. Hall i Rosbash van comprovar que, en un cicle de 24 hores, la proteïna PER, era sintetitzada en el cito-plasma de la cèl·lula durant el dia i s’acumulava al nucli durant la nit, bloquejant l’activitat del gen període. Però, com era transportada la proteïna PER fins el nucli?

El 1994, Young va descobrir un segon gen, que va anomenar atemporal (timeless, en anglès), que codificava una altra proteïna, TIM. Quan les dues proteïnes TIM i PER s’unien, eren capaces d’entrar en el nucli per bloquejar l’activitat del gen període. Young encara va descobrir un tercer gen, anomenat doble temps (doubletime, en anglès), que codificava una nova proteïna, DBT, que retardava l’acumulació de la PER, per tal d’ajustar la freqüència de les oscil·lacions a les 24 hores del dia.

Des dels primers descobriments del rellotge biològic intern fins a les darreres investigacions dels tres premiats, l’estudi dels ritmes circadians ajuden a regular els patrons de la son, la influència de l’alimentació, l’alliberament d’hormones, la pressió sanguínia i la temperatura corporal.

Notícia a la pàgina del Nobel:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

Publicat dins de medicina, premis nobel | Comentaris tancats a Nobel per el descobriment del rellotge intern del cos

Primera imatge detallada d’una estrella

Antares, la supergeganta vermella de la constel·lació de l’Escorpió, ha estat fotografiada amb una precisió no aconseguida fins ara, per el telescopi òptic més potent del món, VLT, de l’Observatori Europeu Austral (ESO) a Cerro Paranal, Xile.

Segons informa la pàgina oficial de l’ESO (1), un equip d’astrònoms de la Universidad Católica del Norte, Xile i de l’Institut Max Planck, Alemanya, dirigit per Keiichi Ohnaka, ha obtingut la imatge més detallada d’una estrella aconseguida fins ara, a part del Sol. Han utilitzat el telescopi VLT, treballant a moltes longituds d’ona diferents. La notícia, publicada el 16 d’agost a la revista Nature (2) mostra les imatges que han permès mesurar la velocitat del gas de la superfície i explica la complexa dinàmica de l’atmosfera de l’estrella, comprovada per espectroscòpia òptica i ultraviolada.

La densitat de l’atmosfera observada és almenys 6 ordres de magnitud major i els moviments de gasos mostren una extensió de l’atmosfera de fins a 1,7 vegades el radi estel·lar. Aquests valors són superiors als que prediuen els models de convecció. Per primer cop s’ha construït un mapa molt detallat de la velocitat dels gasos a l’atmosfera d’Antares. S’ha observat que aquesta velocitat pot ser de fins a 20 km/s, acostant-se o allunyant-se de nosaltres. La imatge del mapa de velocitat mostra en color blau quan els gasos s’acosten i en vermell quan s’allunyen. Similars moviments ascendents i descendents però amb una amplitud molt menor, d’uns 5 km/s, s’havien deduït de les observacions de Betelgeuse, de la constel·lació d’Orió, una altra supergeganta vermella. Aquests moviments de gasos s’havien explicat per corrents de convecció dins de l’atmosfera de l’estrella.

En el cas d’Antares però, els autors consideren que els moviments de convecció no són suficients per explicar ni la densitat ni l’extensió de l’atmosfera. La convecció per sí sola no pot justificar l’elevació dels gasos fins a una distància de 1,7 vegades el radi de l’estrella. Per això conclouen que ha d’existir algun procés a l’interior de l’estrella, encara no identificat, que expliqui aquestes observacions així com els moviments turbulents i potser també la pèrdua de massa de l’estrella.

El mecanisme de pèrdua de massa de les gegantes vermelles que, com Antares, estan en la fase final de la seva evolució, no és ben conegut. El procediment posat a punt per Ohnaka i els seus col·laboradors pot ser utilitzat en un futur per estudiar la superfície i l’atmosfera de les estrelles amb un detall no aconseguit fins ara. Això permetria comprendre la dinàmica dels moviments turbulents en l’atmosfera i avançar en la comprensió del mecanisme de pèrdua de massa.

VLT
El Molt Gran Telescopi (VLT, per les sigles en anglès) (3) està format en realitat per quatre telescopis principals (mirall de 8,2 m de diàmetre) i quatre auxiliars (mirall de 1,8 m de diàmetre). Permet combinar la llum de fins a 4 telescopis, entre principals i auxiliars, creant un telescopi virtual equivalent a un sol de mirall de 200 m de diàmetre. Els telescopis de VLT poden funcionar conjuntament també com interferòmetre, permetent veure detalls amb una precisió 25 vegades superior a la de telescopis individuals. D’aquesta forma es poden tenir imatges amb una resolució angular equivalent a distingir des de la Terra els dos fars d’un vehicle situat a la Lluna. El conjunt d’instruments del VLT cobreix un ampli interval espectral, des de l’ultraviolat profund fins a l’infraroig mitjà.

El VLT ha permès obtenir imatges d’importants descobriments, com la primera imatge obtinguda d’un planeta extrasolar o l’observació de l’explosió de raigs gamma més llunyana coneguda. Ara tenim una nova primícia com és la primera imatge detallada d’una estrella.

Des de l’any 2005, ESO està treballant en la construcció d’un nou telescopi, el Extremadament Gran Telescopi, (ELT, per les sigles en anglès) (4) que tindrà com objectius les galàxies més llunyanes, la formació estel·lar, l’observació directa d’exoplanetes i els sistemes protoplanetaris. Es va aprovar la seva construcció a finals de 2014 i està prevista la «primera llum» per 2024.

Fonts d’informació utilitzades
(1) «La mejor imagen de la superficie y la atmósfera de una estrella». 23.08.2017. ESO (Observatori Europeu Austral).
http://www.eso.org/public/spain/news/eso1726/
(2) «Vigorous atmospheric motion in the red supergiant star Antares». K. Ohnaka, G. Weigelt, K.-H. Hofmann. Nature 548, 310–312 (17 August 2017), doi:10.1038/nature23445.
http://www.nature.com/nature/journal/v548/n7667/full/nature23445.html?foxtrotcallback=true
(3) VLT, Very Large Telescope, ESO. Cerro Paranal, Xile
http://www.eso.org/public/spain/teles-instr/paranal-observatory/vlt/
(4) ELT, Extremely Large Telescope, ESO. Cerro Armazones, Xile
https://www.eso.org/public/spain/teles-instr/elt/

 

Publicat dins de astronomia | Comentaris tancats a Primera imatge detallada d’una estrella

Emmanuelle Charpentier

Emmanuelle Charpentier (Juvisy-sur-Orge, França, 11 de desembre de 1968), bioquímica, premi L’Oréal-UNESCO 2016 per dones científiques, codescobridora d’una tècnica per a reescriure gens que obre noves possibilitats per el tractament de malalties.

Dades biogràfiques
Nascuda a Juvisy-sur-Orge, petita ciutat situada a 18 km al sud de Paris. Filla d’un responsable de jardins públics i una supervisora en psiquiatria. Quan tenia 11 o 12 anys li va dir a la seva mare que volia treballar a l’Institut Pasteur, que és justament on va fer el seu doctorat. Però reconeix que tenia molts altres interessos i podria haver seguit una carrera molt diferent. Va estudiar biologia, microbiologia, bioquímica i genètica a la universitat Pierre et Marie Curie, Paris, entre 1986 i 1992. Va fer el doctorat a l’Institut Pasteur, Paris (1992-1995), un any d’estada postdoc en el mateix institut i un altre any a la universitat Rockefeller de Nova York.

Li agrada l’art, la música i la dansa. Va tocar el piano i va fer ballet i dansa moderna durant uns quants anys. La seva tia, que era missionera i vivia en un antic convent, li va predir quan era petita que tindria una vida d’aventures amb constants canvis. Comptant que, des de que va acabar el doctorat a Paris el 1995 fins que va arribar al seu destí actual a Berlín el 2015, ha viscut a Nova York, Viena, Umea i Hannover, treballant en diferents llocs en cadascuna d’aquestes ciutats, no es pot dir que la seva tia s’hagués equivocat molt.
(1) (2) (4)

Emmanuelle Charpentier, director, Max Planck Institute for Infection Biology.
Imatge Wikimedia Commons. Autor: Bianca Fioretti, Hallbauer & Fioretti

Carrera científica
Ja en el seu doctorat es va guanyar una bona reputació en recerca bàsica investigant en resistència als antibiòtics. En el seu projecte analitzava parts de l’ADN dels bacteris, els transferia a diferents parts del genoma i estudiava la resistència als fàrmacs que procurava aquesta transferència.

Entre 1997 i 2002 va treballar com investigadora a tres diferents centres de Nova York. L’any 2002 es trasllada a la universitat de Viena, a l’Institut de Microbiologia i Genètica, com a responsable del seu propi grup d’investigació i l’any 2004 al departament de Microbiologia i Immunobiologia de la mateixa universitat. L’any 2006 és nomenada professora del Centre de Biologia Molecular i entre 2006 i 2009, cap de laboratori dels Max Perutx Laboratories, tots centres de la universitat de Viena.

L’any 2009 es trasllada a la universitat d’Umea, Suècia, com a cap del laboratori de Medicina d’Infecció Molecular i el 2014 passa a ser cap del laboratori de Microbiologia Mèdica. Entre 2013 i 2015 és també cap de departament d’Investigació d’Infeccions al centre Helmholtz de Braunschweig i l’Escola Mèdica de Hannover. L’any 2014 és nomenada «Professor Alexander Von Humboldt». Des de 2015 és directora de l’ Institut Max Planck de Biologia d’Infeccions i des de 2016 professora honorària a la universitat Humboldt de Berlin.

El novembre 2013 va ser cofundadora de l’empresa CRISP Therapeutics, basada a Cambridge, Massachusetts i Basilea, Suïssa, per explotar la metodologia de teràpia gènica humana. Ha guanyat importants premis internacionals com el Japan Prize 2017 (anomenat el premi Nobel del Japó), el L’Oréal-UNESCO 2016 per dones científiques, o el Princesa de Asturias 2015.
(1) (3) (4) (5)

Investigacions
Com alguns bacteris es defensen dels virus
Des dels seus primers temps a la universitat de Viena, any 2002, Charpentier estava interessada en un sistema de defensa d’alguns bacteris, anomenat CRISPR, sigles de l’expressió «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats». Aquesta expressió fa referència a una seqüència del genoma del bacteri que és un palíndrom (es llegeix igual en un sentit i en el contrari) i que es va repetint. Intercalades amb les seqüències d’aquest tipus hi ha unes altres seqüències anomenades «espaiadores», que són similars a seqüències de genoma de virus. Aprofitant aquesta similitud, el bacteri pot introduir la seva seqüència espaiadora a l’ADN del virus juntament amb un enzim que talla la cadena d’ADN del virus i el destrueix. A més, copiant part de l’ADN del virus i inserint-lo en la seva pròpia seqüència, el bacteri pot reconèixer el virus si l’ataca de nou i destruir-lo tallant la cadena d’ADN del nou virus. El bacteri adquireix d’aquesta manera una mena de memòria que el fa immune a nous atacs.

Estudiar com s’introdueixen les seqüències de l’ADN del bacteri en el virus (normalment a través de l’altre tipus d’àcid nucleic, l’ARN), com s’afegeix l’enzim i com es dirigeix al punt de la cadena d’ADN del virus per tallar-la, va ser un dels principals objectius dels seus treballs a Viena fins a 2009.
(2) (4)

CRISPR-Cas9
Quan l’any 2009 Charpentier va començar a treballar a Umea, Suècia, el treball desenvolupat a Viena començava a donar els seus fruits. Amb els seus col·laboradors, havia identificat una bona part del mecanisme amb el que el bacteri es defensa de l’atac del virus:
– el bacteri genera una còpia d’ARN d’un segment del seu ADN espaiador,
– s’uneix l’ARN a un enzim anomenat Cas-9,
– la cadena d’ARN i enzim s’uneix a l’ADN del virus degut a la similitud de la seqüència espaiadora i l’enzim talla la cadena d’ADN del virus.
A l’octubre de 2010, Charpentier va presentar els seus resultats al CRISPR Meeting de Wageningen, Països Baixos. Faltava encara però identificar exactament com l’enzim es dirigeix al punt exacte de l’ADN del virus i el talla.

A la conferència de la Societat Americana de Microbiologia de San Juan, Puerto Rico de 2011, Emmanuelle Charpentier va trobar Jennifer Doudna, de la universitat de Califòrnia, Berkeley. De la col·laboració entre ambdues i els seus equips va sortir l’explicació final de com treballa l’enzim Cas-9 per tallar l’ADN del virus, publicada l’any 2012. CRISPR-Cas9 es podia considerar com una tècnica d’edició genòmica que permetia modificar seqüències d’ADN amb molta facilitat i precisió.

Des d’aleshores, laboratoris de tot el món han aplicat la tècnica CRISPR-Cas9, per plantes, ratolins de laboratori transgènics i tractament de malalties com el VIH i el paludisme. Es podria utilitzar també per corregir mutacions i malalties genètiques.

A la imatge següent, treta de la pàgina de Charpentier del Max Planck Institut (2), es pot veure:
1.- Una molècula d’ARN que reprodueix la seqüència d’ADN espaiador del bacteri (en vermell), juntament amb una altra molècula d’ARN.
2.- Unió de les dues molècules d’ARN
3.- Les dues molècules d’ARN juntes s’acosten a un lloc precís de l’ADN del virus identificat per la seqüència d’ADN espaiador. És en aquest punt on actua l’enzim Cas9 per tallar l’ADN del virus.

 

(2) (4)

Guerra de patents
La tecnologia CRISPR-Cas9 està immersa encara actualment en una guerra de patents. Descoberta per Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna i publicada conjuntament per ambdues el 2012, la patent va ser registrada el 2013 per Feng Zhang, bioquímic de l’Institut Tecnologic de Massachusetts (MIT). Mentre que Charpentier i Doudna havien fet el descobriment en bacteris, Zhang havia fet un pas endavant, estenent el procediment a organismes superiors com ratolins o inclús humans. La guerra no és tant entre investigadors sinó entre institucions, UC i MIT, amb segurament molts diners i prestigi en joc. Recentment, febrer 2017, una primera batalla ha estat guanyada per les investigadores, ja que el tribunal d’apel·lacions sobre patents dels Estats Units els ha donat la raó. El MIT però pot argumentar encara per protegir els desenvolupaments posteriors dels seus investigadors.
(6) (7)

 Audio de la xerrada

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
Sopa d’estrelles” del 14 de juny de 2017

Fonts d’informació utilitzades
(1) Emmanuelle Charpentier. Curriculum Vitae. Max Planck Institute for Infection Biology. Berlin.
https://www.mpg.de/9343753/infektionsbiologie-charpentier
(2) «Emmanuelle Charpentier: An artist in gene editing». Max Planck Institute. Genetics. 07.02.2017. https://www.mpg.de/10729312/emmanuelle-charpentier
(3) 2016 L’Oréal-UNESCO For Women in Science Awards. Unesco.
http://www.unesco.org/new/en/natural-sciences/priority-areas/gender-and-science/for-women-in-science-programme/2016-awards/
(4) «The quiet revolutionary: How the co-discovery of CRISPR explosively changed Emmanuelle Charpentier’s life». Nature. 27 April 2016.
http://www.nature.com/news/the-quiet-revolutionary-how-the-co-discovery-of-crispr-explosively-changed-emmanuelle-charpentier-s-life-1.19814
(5) Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna. Premio Princesa de Asturias 2015
http://www.fpa.es/es/premios-princesa-de-asturias/premiados/2015-emmanuelle-charpentier-y-jennifer-doudna.html
(6) «Las investigadoras Charpentier y Doudna, inmersas en una “guerra de patentes” por su técnica de edición del genoma». Yahoo noticias. Europa Press, 5 de octubre de 2015.
https://es.noticias.yahoo.com/investigadoras-charpentier-doudna-inmersas-guerra-patentes-t%C3%A9cnica-edici%C3%B3n-081657395.html
(7) Jon Cohen. «Round one of CRISPR patent legal battle goes to the Broad Institute». Science News. Feb. 15, 2017.
http://www.sciencemag.org/news/2017/02/round-one-crispr-patent-legal-battle-goes-broad-institute

Publicat dins de biologia, Dones científiques | Comentaris tancats a Emmanuelle Charpentier

Nicola Spaldin

Nicola Spaldin (Easington, Regne Unit, 1969), química de formació, ha rebut el premi L’Oréal-Unesco 2017 per reinventar materials magnètics per la propera generació de dispositius electrònics.

Dades biogràfiques  
Nascuda a Easington, Regne Unit, com Nicola Ann Hill. Els seus pares portaven un centre de senderisme. Nicola es va afeccionar ben d’hora als espais oberts i a descobrir els territoris del seu voltant fent escalada, esquí de fons i muntanyisme. La seva afecció tampoc és aliena a que estudiés geologia juntament amb química a la universitat de Cambridge, on es va graduar el 1991. Entre 1991 i 1996, va fer el doctorat en química a la universitat de Califòrnia, Berkeley (Estats Units), en semiconductors i materials magnètics, estudiant-los a nivell molecular i atòmic. Quan buscava un tema d’investigació postdoctoral va trobar el professor Karin Rabe del departament de física aplicada de la universitat de Yale i es va traslladar d’un departament de química a un altre de física aplicada. En realitat no va ser un canvi d’especialitat ja que va estar sempre dins del seu interès per la física de materials.

Sempre ha tingut múltiples centres d’interès, com investigadora, escriptora, professora o administradora en el seu treball i escaladora, esquiadora i clarinetista en el seu temps lliure. Li agrada el treball multi-disciplinar i ha après molt sobre «com ensenyar» de la seva activitat no professional. Per exemple, diu, els músics tenen una perspectiva de l’ensenyament diferent de la que s’utilitza a la ciència.
(2) (4)

Carrera científica
Entre 1997 i 2011 va ser professora a la universitat de Califòrnia, Santa Barbara. L’any 1997 va començar a treballar en els materials multiferroics. Primer va fer estudis teòrics a través de models computacionals i després (2003), va aconseguir fabricar una fina làmina de ferrit de bismut (BiFeO3), que és ara el material multiferroic més estudiat.

L’any 2011 va anar com a cap del grup de Teoria de Materials de la universitat Politècnica Federal Suïssa de Zuric. Aquest prestigiós institut politècnic fundat el 1885, compta amb 21 premis Nobel guanyats per els seus investigadors, entre els que es compta Albert Einstein.

Ha guanyat nombrosos premis i distincions, americans i europeus. Entre els darrers, el premi Körber 2015, dotat amb 750.000 €, concedit anualment per la Fundació Körber d’Hamburg, Alemanya, per investigacions innovadores amb un gran potencial d’aplicació, o el premi L’Oréal-Unesco 2017, concedit per «la seva recerca sobre materials multiferroics, que podria conduir a una nova generació de components d’equipaments electrònics».
(1) (3) (4) (5)

Nicola Spaldin. Imatge de (3)

Investigació: materials multiferroics
Durant la seva estada a Yale, 1997, treballant amb materials ferroelèctrics, un company del laboratori li comenta que no existeixen materials magnètics ferroelèctrics, és a dir, aquells que presenten alhora característiques ferromagnètiques i ferroelèctriques en la mateixa fase. Nicola es demana: Com és que no existeixen materials magnètics ferroelèctrics? Aquesta pregunta es converteix per Nicola en la pregunta més interessant del món i la fa objecte de ser el tema central de la seva investigació quan, pocs mesos després, comença com professora adjunta (assistant professor) a la universitat de Califòrnia, Santa Barbara. Nicola, sense fer cas de consells que li recomanaven que es dediqués a una línia d’investigació més segura, que li permetés publicar i anar fent mèrits en la seva carrera, comença a estudiar les enciclopèdies de materials magnètics juntament amb l’únic llibre existent sobre ferroelectricitat i descobreix que aquests materials impossibles ja tenen un nom: materials multiferroics.

Aprofitant la seva formació i experiència en teoria d’estructura electrònica, Nicola Spaldin es dedica a crear models computacionals dels virtuals materials magnètics ferroelèctrics, per estudiar les seves propietats i el 2000 publica l’article titulat: «Per què hi ha tan pocs magnètics ferroelèctrics» (6), que suposa una primera exposició teòrica detallada de les característiques d’aquests materials. Spaldin explica que aquests materials són rars perquè, d’entrada, les estructures electròniques dels elements que presenten aquestes propietats són contràries: la ferroelectricitat requereix que estiguin buits uns determinats nivells electrònics (orbitals d) i el ferromagnetisme requereix que aquests nivells estiguin parcialment ocupats. Els materials que presentin alhora ambdues propietats hauran de tenir una de les propietats a travès d’un mecanisme alternatiu, per exemple. El març de 2001, Nicola Spaldin va organitzar la primera sessió mai feta sobre materials multiferroics, durant la trobada anual de la Societat Americana de Física, que va donar lloc a moltes altres posteriorment.

El primer gran èxit arriba però 3 anys més tard, quan el 2003, en col·laboració amb Ramamoorthy Ramesh (nascut a Índia, especialista en materials de la universitat de Califòrnia Berkeley), va aconseguir fabricar una làmina prima de ferrit de bismut (BiFeO3), que ara és el material multiferroic més estudiat. La publicació de la troballa va fer que molts grups de recerca i laboratoris industrials s’interessessin per els multiferroics i que Nicola Spaldin fos coneguda com «the multiferroics lady».

Els nous materials multiferroics tenen un gran interès per la possibilitat de produir modificacions magnètiques a travès només d’un potencial elèctric. Això permetrà sistemes informàtics ultra-ràpids,  extremadament reduïts i altament eficients energèticament.
(3) (5) (6)

Darrers avenços en materials multiferroics
El passat setembre de 2016, científics de la universitat de Cornell, Ithaca, New York, EE.UU, han publicat un article a la revista Nature en el que donen compta d’un material, superxarxa li diuen, formada per LuFeO3 / FeO, que mostra propietats magnetoelèctriques a una temperatura de 281 K. Les xuperxarxes però estan per ara restringides als laboratoris d’investigació. S’espera que els sistemes informàtics fabricats amb aquests materials consumeixin fins a 100 vegades energia elèctrica que els actuals.
(10) (9)

Glosari
Ferromagnetisme, ferroelectricitat
Ferromagnetisme és el fenomen per el qual certes substàncies presenten un moment magnètic espontani, que pot ser anul·lat per aplicació d’un camp magnètic extern. La modificació del moment magnètic no depèn només del camp magnètic extern sinó també de la «història» de la imantació prèvia del material, el que dona lloc al conegut com cicle d’histèresi (12). Els imants naturals, formats per un mineral de ferro com la magnetita per exemple, són coneguts des de l’època de la Grècia antiga. El prefix «ferro» de la paraula ferromagnetisme es refereix justament a que els primers imants naturals descoberts tenien ferro en la seva composició, però són també ferromagnètics el cobalt i el niquel i compostos sense ferro.

Ferroelectricitat és el fenomen per el qual certes substàncies presenten una polarització elèctrica espontània, que pot ser anul·lada per aplicació d’un camp elèctric extern. També presenten un cicle d’histèresi quan són sotmesos a un camp elèctric extern contrari a la seva polaritat. La ferroelectricitat va ser descoberta el 1920. Els efectes ferroelèctrics i ferromagnètics depenen de la temperatura i no es presenten per sota d’una determinada temperatura, la temperatura de Curie.
(7) (8)

Materials magnetoelèctrics
Són materials en els que es pot induir polarització elèctrica per l’aplicació d’un camp magnètic i polarització magnètica per l’aplicació d’un camp elèctric. Aquest fet, anomenat efecte magnetoelèctric, ja va ser conjecturat per Pierre Curie el 1894, però no va ser fins l’any 1959 que va ser trobada una explicació teòrica (I. Dzyaloshinskii) i una confirmació experimental (D. Astrov). L’efecte pot trobar-se en materials purs com l”oxid de crom (Cr2O3) o en compòsits (agregats de diferents materials). Quan es presenten alhora ambdues polaritzacions i existeix acoblament dels dos camps, magnètic i elèctric, es parla de materials multiferroics.

El 1973 s’havien trobat uns 80 compostos magnetoelèctrics, però ha estat recentment quan aquests materials s’estan estudiant abastament, per superar alguns inconvenients per el seu ús, com són, que s’obtenen a molt altes pressions i que les propietats magnètiques apareixen per sota de la temperatura ambient.
(11)

Fonts d’informació utilitzades
(1)  Nicola Spaldin rep el premio L’Oréal 2017 en París. 23.03.2017. Escola Federal Politècnica de Zuric.  http://www.theory.mat.ethz.ch/news-and-events/theory-news/2017/03/nicola-spaldin-receives-loral-unesco-for-women-in-science-award.html
(2) Nicola Spaldin. Physics Central. American Physical Society. 2017.
http://www.physicscentral.com/explore/people/spaldin.cfm
(3) ETH professor Nicola Spaldin receives the 2015 Körber Prize. Press release. 03.06.2015
https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2015/06/koerber-prize.html
(4) Escola Federal Politècnica de Zuric.
http://www.theory.mat.ethz.ch/people/person-detail.html?persid=177264
(5) Nicola Spaldin, «Multiferroics and me». Science. Careers. 16.06.2015.
http://www.sciencemag.org/careers/2015/06/multiferroics-and-me
(6) Why Are There so Few Magnetic Ferroelectrics?
Nicola A. Hill (l’any 2000 Nicola Spaldin es deia Nicola Hill)
Materials Department, University of California, Santa Barbara, California 93106-5050
J. Phys. Chem. B, 2000, 104 (29), pp 6694–6709
http://www.esmf.ethz.ch/speakers/spaldin1-ppt
(7) Ferroelectricity. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Ferroelectricity
(8) Cicle d’histèresi magnètica.
http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/2750/2957/html/24_histresis_magntica.html
(9) Francisco R. Villatoro. «Una superred multiferroica que es magnetoeléctrica casi a temperatura ambiente» 27.09.2016.   http://francis.naukas.com/2016/09/27/un-material-multiferroico-magnetoelectrico-a-temperatura-ambiente/
(10) ‘Atomic sandwiches’ could make computers 100X greener. Science Daily. 04.10.2016.
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161004134840.htm
(11) Magnetoelectric materials:  https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoelectric_effect

Publicat dins de Dones científiques, física, materials | Comentaris tancats a Nicola Spaldin