L’empresa estatal d’energia d’Itàlia, ENI i el Massachusetts Institute of Technology dels Estats Units, MIT, projecten tenir funcionant l’any 2025 una planta de fusió construïda conjuntament, als Estats Units. Durant la passada Maker Faire, fira tecnològica de Roma de 7, 8 i 9 d’octubre de 2022, Monica Spada, cap d’investigació i innovació tecnològica de l’ENI, va parlar de 2025 com el termini per completar el projecte que posi de manifest la viabilitat de l’energia nuclear de fusió obtinguda per confinament magnètic en un reactor tipus tokamak, anomenat SPARC, i fins i tot va dir que el 2028 es podria disposar ja d’un sistema complet de distribució d’energia d’aquest origen.
SPARC, el model de tokamak d’aquest projecte és de mida mitjana comparat amb els tokamak existents, però amb un camp magnètic molt més fort. S’espera que tingui una potència de fusió de 50-100 MW i un factor Q, relació entre l’energia obtinguda i l’energia emprada major de 10. L’èxit d’aquest model seria la primera demostració de guany net d’energia i validaria l’estratègia d’alts camps magnètics aconseguits amb els darrers superconductors d’alta temperatura
Una fita molt important per aquest projecte es va aconseguir el 5 de setembre de l’any passat, 2021, quan el MIT i l’empresa Commonwealth Fusion Systems, CFS, van aconseguir un camp magnètic de 20 tesla, el major camp magnètic mai aconseguit en aquests enginys, necessàri per confinar el combustible nuclear, deuteri i triti, isòtops de l’hidrogen, a prou alta temperatura com per provocar la fusió. Van utilitzar uns nous materials superconductors a alta temperatura que es comercialitzen des de fa pocs anys i permeten major intensitat de camp magnètic en menys espai. Altres instal·lacions del mateix tipus, com l’ITER, el projecte internacional de fusió més important, que es construeix a Cadarache, França, utilitzen superconductors de baixes temperatures, el que fa més complicada la construcció i la utilització.
Alain Aspect (Université Paris-Saclay i École Polytechnique, Palaiseau, France), John F. Clauser (J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, CA, USA) i Anton Zeilinger (University of Vienna, Austria), pioners de la comunicació quàntica, han estat guardonats avui, 4 d’octubre, amb el premi Nobel de física.
Alain Aspect, John F. Clauser i Anton Zeilinger. Imatges Wikimedia Commons
En els darrers 6 anys s’han produït grans avenços en comunicació quàntica, tecnologia que aprofita les sorprenents característiques de la física quàntica per millorar la rapidesa i seguretat de les comunicacions. Una d’aquestes característiques és la propietat anomenada entrellaçament, segons la qual dues o més partícules són descrites per un únic estat quàntic combinat de totes, i no per diferents estats com a partícules individuals. Com a conseqüència, la modificació d’una partícula causa instantàniament la modificació de les altres, encara que es trobin separades una gran distància. Utilitzant en les comunicacions partícules a les que s’hagi dotat d’aquesta propietat, per exemple fotons, s’aconsegueix que les comunicacions siguin absolutament segures. Una comunicació interceptada per un agent estrany (hacker) alterarà alguna d’aquestes partícules i serà percebuda immediatament perquè alterarà també les altres que estiguin entrellaçades dins del sistema de comunicació.
Aspect, Clauser i Zeilinger van treballar separadament, des dels anys 70 del passat segle, en experiments que utilitzaven les propietats quàntiques i van posar les bases dels desenvolupaments posteriors. Un dels països més avançats en comunicació quàntica és Xina, que disposa d’una xarxa que integra la comunicació convencional i la quàntica amb una longitud total de 4.600 km entre Pequin i Xangai. Jianwei Pan, que va fer el doctorat amb Anton Zeilinger a Viena, és el lider d’aquesta tecnologia a Xina.
Si no s’atura o es redueix substancialment el consum de combustibles fòssils, que representen el 83,1% de l’energia primària utilitzada com a combustible (2020), el canvi climàtic s’accelerarà, augmentarà en més de 2 ºC la temperatura mitjana de la superfície de la Terra, augmentarà la freqüència de desastres climàtics, pujarà el nivell del mar, . . . Però substituir els combustibles fòssils no està resultant fàcil, ja que les energies renovables els substitueixen només parcialment i l’energia nuclear no compta amb la confiança de la societat per jugar un paper més important que el que juga actualment.
Apareixerà una nova font d’energia que ens permeti substituir els combustibles fòssils? Serà l’energia nuclear de fusió aquesta nova energia? Yuval Noah Harari al seu llibre Sapiens contesta la pregunta de forma optimista: «Per què hi ha tanta gent preocupada perquè es pugui exhaurir l’energia, si cada poques dècades descobrim una nova font d’energia?»
El projecte ITER, el més gran projecte internacional de desenvolupament d’energia nuclear de fusió es va començar a construir a Cadarache, Sud de França, el 2007. Preveu que el desembre de 2025 aconseguirà produir el primer plasma i el 2035 podria començar les operacions amb el combustible nuclear, format per deuteri i triti. ITER es basa en el confinament magnètic, que consisteix en mantenir el combustible nuclear en un reduït espai mitjançant potentíssims camps magnètics.
Als darrers mesos però, ha hagut novetats a l’energia de fusió per la via de l’altre procediment, el del confinament inercial, que utilitza potents làsers per concentrar el combustible nuclear. HB11, companyia australiana o l’US National Ignition Facility (NIF) de Califòrnia, han aconseguit avenços que els fan pensar en poder disposar de plantes pilot i plantes plenament operatives en pocs anys, molts menys que l’ITER.
Des de feia molts anys, els científics tenien la sospita o la creença en l’existència dels exoplanetes, els planetes situats més enllà del nostre sistema solar. Ja que existeixen centenars de milers de milions d’estrelles similars o més grans o més petites que el nostre Sol, només a la nostra galàxia, i aquest té planetes, semblava lògic pensar que altres estrelles haurien de tenir planetes igual que el Sol. Però no va ser fins a principi dels anys 1990 quan es van començar a detectar.
El 1990, Dimitar Sasselov, astrònom de Harvard d’origen búlgar, demostrà la presència de planetes al voltant d’algunes estrelles. Entre 1988 i 1994 es van detectar alguns exoplanetes orbitant púlsars o un sistema triple d’estrelles, però no va ser fins 1995 que es va detectar el primer exoplaneta orbitant una estrella del tipus del Sol. Vint-i-quatre anys després i amb més de 4.000 exoplanetes descoberts, la ciència dels exoplanetes rep el reconeixement del Nobel. Michel Mayor (Lausana, Suïssa, 1942) i Didier Queloz (Ginebra, Suïssa, 1966) guanyen el Premi Nobel de Física 2019 per el descobriment el 1995 del primer exoplaneta, 51 Peg b, orbitant una estrella del mateix tipus que el Sol, 51 Pegasi, situada a 50 anys-llum de la Terra.
Esquerra: 51 Pegasi. Astronomy Picture of the Day, December 1, 1995. NASA Image. Dreta: Estrella 51 a la constel·lació de Pegàs. Imatge Wikimedia Commons
Igual que Galileu Galilei descobreix en 1610 els satèl·lits de Júpiter quan pot disposar d’un telescopi prou precís per veure’ls, el descobriment dels exoplanetes es produeix quan els telescopis i sistemes de detecció són capaços de distingir un cos relativament petit orbitant al voltant d’una estrella.
Amb la detecció a Wuhan (Hubei, Xina), d’una pneumònia vírica desconeguda, el 31 de desembre del 2019, comença una pandèmia d’abast mundial com no se n’havia conegut una altra igual en un segle. El 9 de gener del 2020, científics xinesos determinen que la causa és un virus del tipus coronavirus i el dia 11 envien a l’Organització Mundial de la Salut (OMS) la seqüència genètica del nou coronavirus.
Wuhan (Hubei, Xina). Imatge Wikimedia Commons
Des de les primeres notícies, científics experts en virus de tot el món es posen a treballar per trobar-hi una solució. Però algunes científiques estaven especialment ben situades per començar la carrera: Katalin Karikó, des de feia 30 anys havia treballat la idea de fabricar una vacuna basada en l’ARN missatger, Özlem Türeci havia fundat l’empresa BioNTech i havia fitxat el 2013 Karikó.
Països que juguen les seves cartes en el tauler de l’ordre mundial, com Estats Units o Xina, i grans empreses com Google o IBM estan desenvolupant prototips d’ordinadors quàntics que aconsegueixen fer en minuts o hores processos de càlcul que els ordinadors clàssics més potents tardarien anys. En transmissions quàntiques experimentals, Xina ha portat la davantera en els darrers anys mitjançant el satèl·lit Micius, creant una xarxa quàntica que cobreix 4.600 km.
El juny de aquest any 2021 però, investigadors de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) de Castelldefels, Barcelona, han aconseguit un avenç clau per fer un repetidor quàntic que permetria la construcció d’una xarxa quàntica terrestre de comunicacions. Dies després, el centre de recerca de Toshiba Europa a Cambridge, Regne Unit, va fer la primera comunicació quàntica per fibra òptica de més de 600 km de longitud.
La tecnologia quàntica és una de les peces importants de la geoestratègia mundial. Atenent al nombre de patents relacionades amb aquesta tecnologia, per països, Xina és lider amb més de 3.000 patents, seguida per Estats Units que té gairebé la meitat i de Japó que té una quarta part.
El 7 d’octubre de 2020, la Real Acadèmia Sueca de Ciències anunciava la concessió del Premi Nobel de Química 2020 a Emmanuelle Charpentier, francesa i Jennifer A. Doudna, dels Estats Units, per «el desenvolupament d’un mètode d’edició del genoma». Han estat la sisena i setena dona en guanyar un premi Nobel de Química i la primera vegada que un Nobel científic compartit és guanyat només per dones.
Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna. Imatges Wikimedia Commons
El mètode d’edició genòmica, anomenat CRISPR, va ser descrit per primera vegada en un article publicat a la revista Science l’agost de 2012, signat per ambdues científiques i altres col·laboradors. Partia d’un procediment de defensa dels bacteris enfront els virus descobert per Francis Mojica, bioquímic espanyol de la universitat d’Alacant, que el va publicar el febrer de 2005 i al que li va donar el nom de CRISPR.
Aquesta és la història de com podem aprendre dels mecanismes de defensa contra els virus d’éssers com els bacteris que porten 4.000 milions d’anys sobre el planeta.
Rosalind Franklin el 1955. Imatge Wikimedia Commons
El 25 de juliol de 1920, ara fa poc més de cent anys, naixia Rosalind Franklin, que hauria de jugar un paper decisiu en el descobriment de l’estructura de l’ADN, la molècula clau de la vida. Ella va fer la fotografia 51, la primera imatge que mostrava clarament la doble hèlix característica de l’ADN, al començament de l’any 1953. La visió de la fotografia, sense coneixement, de la seva autora, va decidir a James Watson i Francis Crick a publicar l’abril de 1953 la seva hipòtesi de l’estructura de l’ADN que els va fer guanyar el premi Nobel de 1962. El coneixement de l’estructura de l’ADN va obrir el camí per el desenvolupament de la biologia molecular, la bioquímica i especialment la genètica que, cinquanta anys més tard, aconseguiria determinar el genoma humà.
Amb aquesta xerrada, organitzada per l’Ateneu de la Dona, el Museu Darder i Astrobanyoles, es va celebrar el Dia Internacional de la Dona i la Nena a la ciència de l’11 de febrer. A través de la vida i l’obra d’important científiques, es va parlar d’alguns dels més importants descobriments o esdeveniments científics del segle XX. L’exposició va tenir dues parts, una primera d’introducció amb Marie Curie, Françoise Barré-Siinoussi, Carol Greider i Margarita Salas, científiques que van tenir un ple reconeixement de la seva feina i una segona part més extensa, dedicada a Ada Lovelace, Emmy Noether, Lise Meitner i Rosalind Franklin que no van veure reconeguda la seva aportació en la mesura que en justícia mereixien. Totes elles van ser però, dones sense complexos que van lluitar per aconseguir els seus objectius
Marie Curie és una figura que entraria en totes les seleccions de científiques del segle XX. Estudiant de física a París a finals de segle XIX, torna al seu país on li és negada una plaça a la universitat per ser dona. Decideix retornar a París, es casar amb Pierre Curie i comença una investigació sobre la radioactivitat que li va suposar tenir el Premi Nobel de Física de 1903 i anys després un nou Premi Nobel, de Química, l’any 1911. Françoise Barré-Sinoussi és la gran protagonista de la investigació que va portar al descobriment del VIH, virus de la SIDA, que des de 1981 va provocar la mort de milers de persones. Un cop aïllat el virus el 1984, es van poder arbitrar mesures per controlar i prevenir la malaltia. Barré-Sinoussi va tenir el Premi Nobel de Medicina de 2008 per el descobriment. Carol Greider va descobrir que era dislèxica als 10 anys, però això no li va impedir fer una gran carrera científica que la va portar al descobriment de l’enzim telomerasa el 1985, fet que li va suposar el Premi Nobel de Medicina de 2009. La telomesasa és l’enzim responsable de la reconstrucció dels telòmers, les parts finals dels cromosomes, la longitud dels quals influeix en el procés d’envelliment cel·lular. Per últim, en aquesta primera selecció de científiques, no pot faltar la reconeguda com més important científica espanyola del segle XX, Margarita Salas, morta el 9 de novembre passat. Entre els molt importants treballs que va fer, destaca l’estudi del bacteriòfag Phi29 que, en el seu atac al bacteri Bacillus Subtilis, produeix un enzim amb propietats ideals per fer còpies d’ADN. L’explotació de la patent d’aquest procediment de duplicació de l’ADN, ha produït bons ingressos al sistema d’investigació pública des de l’any 2003 fins el 2009.
Però en aquest dia de celebració del paper de la dona a la ciència, no es pot deixar de reivindicar aquelles figures que no van obtenir tot el reconeixement que en el seu moment mereixien.
Ada Lovelace. Imatge Wikimedia Commons
Ada Lovelace va néixer a Londres l’any 1815 i es va avançar més de cent anys al desenvolupament de la programació informàtica. Filla del poeta George Byron, a qui no va conèixer perquè els pares es van separar als pocs dies de néixer Ada, amb una gran intel·ligència, va ser formada en matemàtiques per diferents preceptors i va quedar captivada als 17 anys per el disseny que havia fet Charles Babbage de la Màquina Analítica, precursora dels ordinadors actuals. Va fer una publicació en la que explicava quines eren les característiques que havia de tenir aquella màquina que estava per construir i mostrava un procediment per calcular uns coeficients anomenats «nombres de Bernoulli», necessaris per càlculs matemàtics de l’època. Aquest procediment està considerat com el primer programa informàtic de la història i Ada, la primera programadora.
Emmy Noether. Imatge Wikimedia Commons
Emmy Noether, nascuda a Erlangen, Alemanya, el 1882, era fins a fa dos anys una desconeguda, excepte per els especialistes en física i matemàtiques. Fa dos anys es va complir l’aniversari de la publicació del teorema de Noether el 1918 i la seva figura ha estat objecte de nombroses publicacions que la han acostat al públic. D’intel·ligència reconeguda des de ben jove per el mateix Einstein i els grans matemàtics de principis del segle XX, David Hilbert i Felix Klein, va haver de fer classes a la universitat sense cobrar entre 1908 i 1923, mentre feina publicacions que van revolucionar el món de la física i la matemàtica. Perseguida a Alemanya el 1933 per la seva ascendència jueva, va marxar als Estats Units on va morir el 1935.
Lise Meitner, Viena, 1878, va haver d’esperar que les dones poguessin entrar a la universitat el 1897, per fer la carrera i el doctorat en física. Després va anar a Berlín on va assistir a les classes de Max Planck, que no era massa partidari de l’educació universitària de les dones, però li va donar suport.
Lise Meitner. Imatge Wikimedia Commons
Allà va conèixer Otto Hahn amb el que va mantenir una relació professional durant tota la seva vida i amb el que va descobrir la fissió nuclear l’any 1938. Però el descobriment es va fer pocs mesos després de que Lise hagués de marxar d’Alemanya, on era perseguida per ser jueva, encara que mantenia el contacte amb Hahn i la investigació de la fissió nuclear per correu. El fet és que Lise no va ser inclosa en la publicació del descobriment i l’any 1944, el Premi Nobel de Física va ser concedit només a Otto Hahn. Molts anys més tard, el 1982, 14 anys després de la seva mort, el seu nom va ser assignat a un nou element, Meitneri, el núm 109 de la Taula Periòdica.Però el descobriment es va fer pocs mesos després de que Lise hagués de marxar d’Alemanya, on era perseguida per ser jueva, encara que mantenia el contacte amb Hahn i la investigació de la fissió nuclear per correu. El fet és que Lise no va ser inclosa en la publicació del descobriment i l’any 1944, el Premi Nobel de Física va ser concedit només a Otto Hahn. Molts anys més tard, el 1982, 14 anys després de la seva mort, el seu nom va ser assignat a un nou element, Meitneri, el núm 109 de la Taula Periòdica.
Rosalind Franklin. Imatge Wikimedia Commons
Rosalind Franklin està associada al descobriment de l’estructura de l’ADN, però com en el cas anterior, diverses circumstàncies van fer que el seu nom no aparegués en la concessió del Nobel de Medicina de 1962 a James Watson, Francis Crick i Maurice Wilkins. Durant la dècada dels 1950, diversos investigadors de tot el món intentaven descobrir l’estructura de l’ADN, la molècula que tenia el secret de la vida, ja que contenia el codi genètic que permetia que les característiques de la cèl·lula es transmetessin en cada divisió cel·lular. La forma d’esbrinar l’estructura de l’ADN era l’obtenció d’imatges per difracció de raigs X, en el que Rosalind Franklin era experta. Una imatge seva, mostrada per Wilkins a Watson sense coneixement de Franklin, va donar la clau a Watson i Crick per publicar el famós article amb l’estructura de l’ADN que es va demostrar correcta. Franklin va morir l’any 1958 i és incert que, d’haver estat viva hagués tingut el Nobel. Veure article posterior, de 23 de novembre de 2020, Fotografia 51.
Gregg Semenza (Universitat John Hopkins, Baltimore, Maryland, USA), William Kaelin (Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, USA) i Peter Ratcliffe (Universitat d’Oxford, Regne Unit) han estat premiats amb el Nobel de Medicina per descobrir com les cèl·lules perceben i s’adapten a la disponibilitat d’oxigen.
El cos caròtid, situat al costat de grans vasos sanguinis a banda i banda del coll, conté cèl·lules especialitzades que perceben el nivell d’oxigen a la sang, el que permet al cervell adequar el ritme respiratori. L’eritropoyetina (EPO) és una proteïna que se sintetitza en els ronyons i que és present al torrent sanguini, on promou la producció de glòbuls vermells. Descoberta a principis del segle XX i sintetitzada al laboratori el 1977, l’EPO s’ha utilitzat per augmentar el rendiment dels atletes, com una forma de dopatge. Semenza estudià el gen EPO en ratolins modificats genèticament, descobrint que segments d’ADN situats al costat del gen EPO intervenien en la resposta al baix nivell d’oxigen en sang (hipòxia). Ratcliffe també estudià el gen EPO com regulador del nivell d’oxigen. Ambdós investigadors van trobar que era un mecanisme general en molts diferents tipus de cèl·lules, basat en un complex de proteïnes anomenat factor induïble per hipòxia (HIF).
Estudiant una malaltia hereditària (VHL), Kaelin va trobar que el gen VHL codifica una proteïna que prevé l’aparició del càncer i també que intervé en la regulació del nivell d’oxigen. En 2001, dos treballs de Kaelin i Ratcliffe publicats simultàniament mostraven la relació entre HIF i VHL i deixaven explicat el mecanisme cel·lular d’adaptació al nivell d’oxigen en sang. El descobriment obre la porta a noves estratègies per lluitar contra l’anèmia, el càncer i moltes altres malalties.
Semenza, Kaelin i Ratcliffe ja van ser premiats en 2016 per aquest descobriment, amb el prestigiós premi Lasker d’investigació mèdica bàsica, dotat amb 250.000 US$.
Altra font d’informació: Heidi Ledford, Ewen Callaway. «Biologists who decoded how cells sense oxygen win medicine Nobel». Nature News, 07 October 2019. https://www.nature.com/articles/d41586-019-02963-0
Publicat dins debiologia, medicina, premis nobel|Comentaris tancats a Nobel de Medicina 2019 per els descobridors del mecanisme cel·lular d’adaptació a l’oxigen
