Estem sols al nostre univers observable o almenys a la nostra galàxia?

Frank Drake

En la incerta resposta a aquesta pregunta trobem opinions totalment oposades.  Frank Drake, el pare de la famosa equació (més aviat una fórmula) per a estimar el nombre de civilitzacions avançades a la Via Làctia va calcular unes 10.000 i Carl Sagan, el famós autor de la sèrie televisiva Cosmos, més optimista, va estimar-ne un milió.  El premi Nobel francès, Jacques  Monod , en canvi, creia que estàvem sols en l’univers.

El nombre de civilitzacions a la nostra galàxia amb les que ens podríem comunicar per ràdio és, segons Drake, el resultat de multiplicar el ritme de formació d’estels, la fracció d’aquests estels que tenen planetes,  el nombre mitjà de planetes d’aquests estels que tenen les condicions per a que existeixi la vida, la fracció d’aquests planetes que desenvolupen vida en un moment determinat, la fracció d’aquests darrers planetes que finalment desenvolupen vida intel·ligent, la fracció d’aquestes civilitzacions que desenvolupen tecnologia avançada de comunicació i, finalment, el temps en que aquestes civilitzacions fan senyals per a ser detectades.

El primer factor es pot estimar amb força certesa, del segon i el tercer en poden tenir una estimació força optimista si extrapolem els recents resultats en la recerca d’exoplanetes.  Avui es creu que podrien haver uns 40.000 milions de planetes de grandària similar a la Terra capaços de ser un hàbitat per la vida. A partir d’aquí entrem en arenes més pantanoses. Com que no sabem com es va originar la vida a la Terra i no hem trobat vida a cap altre astre del sistema solar, no sabem quant probable pot ser la vida. Per això l’exploració de Mart, on podria haver o haver existit vida microscòpica, o recent evidències d’aigua en llunes com Europa o Encèlad esdevenen importants com a possibles verificacions de que la vida no és única. També seria important trobar un segon origen de vida a la Terra, no basada en el codi universal de l’ADN.

Avui dia, molts científics creuen que l’aparició de la vida, al seu nivell microscòpic, no pot tardar massa en aquells planetes on es donin les condicions, essencialment on hi hagin temperatures que permetin l’aigua en estat líquid.  L’abundància d’aigua en cometes, per exemple, la existència de molècules orgàniques en meteorits i en l’espai i la forma fàcil com es van aconseguir aminoàcids en el famós experiment de Miller i Urey fan a alguns optimistes.

Un altre tema,  molt més controvertit,  és l’aparició de vida intel·ligent.  De totes formes, aquí mateix tenim formes de vida força intel·ligents. Els dofins, per exemple, tenen cervells més grans que els dels humans, amb una densitat similar de neurones i una més rica varietat d’estructura cortical. Tenen un sistema sofisticat de comunicació, planifiquen, mostren empatia i tenen  autoreflexió.  Malauradament viuen en l’aigua i no tenen mans per a fabricar eines.  Hi ha qui opina, però, que l’home no hauria aparegut si un asteroide no hagués eliminat els dinosaures fa 65 milions d’anys.

Però, potser l’argument més definitiu en contra dels optimistes, és el que s’anomena paradoxa de Fermi.  Si les civilitzacions fossin tan abundants, nosaltres no seríem la primera, ja que el Sol no és, ni molt menys, una de les estrelles més antigues de la galàxia. Es calcula que una civilització avançada podria expandir-se ella o les seves màquines intel·ligents per a tota la galàxia en unes desenes o centenars de milions d’anys, la qual cosa a escala còsmica no és un període molt llarg de temps. Aleshores, com es que no són aquí?

Hi ha dues respostes i una d’elles té a veure amb el darrer factor de l’equació de Drake: la duració de les civilitzacions intel·ligents. Hem vist com, per exemple, la crisi de Cuba ens va portar a una possible i devastadora guerra nuclear i ja hem explorat en altres blocs altres perills com els impactes d’asteroides, les tempestes solars, les explosions de supernoves properes amb els perillosos raigs gamma que generen, els supervolcans, les pandèmies, el canvi climàtic, l’emergència d’intel·ligència artificial competidora, etc... Podria ser que tota civilització sigui de curta durada per causes pròpies o alienes?

L’altra resposta és que pot ser les civilitzacions no tenen interès en expandir-se. Això, pot ser cert per algunes, però no ho hauria de ser per a totes, especialment per les que siguin superades per intel·ligències artificials, les quals pot ser seran encara més ambicioses que la raça humana. Endemés, raonant que algunes poden tenir ànsies colonitzadores, aquelles que no ho siguin pot ser decidirien que és millor avançar-se.

En conclusió, la resposta a la pregunta del títol no es pot donar, però és segur que en els propers anys avançarem moltíssim en l’aclariment dels factors desconeguts de l’equació de Drake. Ell porta ja més de 50 anys dirigint el projecte SETI (Search for Extra Terrestrial Intelligence), si bé en els darrers anys els fons per aquesta investigació s’han vist reduïts degut a que fins ara no s’han obtingut  resultats.

 

 

Una nova forma de tallar l’ADN i les seves aplicacions

Al final dels anys 80, cientifics de la universitat d’Osaka van notar unes seqüències inusuals d’ADN que es repetien al costat d’un gen d’un bacteri que estaven estudiant i ho van esmentar al final d’un article que van publicar dient que el significat biològic d’aquestes seqüències no era conegut.

Ara aquest significat s’ha descobert i ha provocat una gran excitació.

Aquestes seqüències són part d’un sofisticat sistema immunològic que els bacteris usen per a defensar-se dels virus. Abans no es sabia que els bacteris tinguessin un sistema immunològic sofisticat com  aquest i que recorda els invasors anteriors com ho fa els sistema humà.  

Aquest sistema pot donar als científics un poder insospitat per a reescriure el codi de la vida. Fa poc més d’un any, els investigadors han descobert que aquest sistema bacterià es pot utilitzar per a fer canvis precisos en l’ADN humà i també en el dels animals i plantes. Això significa que el genoma es pot editar de forma semblant a la que corregim un text o canvien paraules.

L’enzim Cas9, mostrat aquí en blau i gris, pot tallar l’ADN en el llocs seleccionats com es veu en aquest ,model fet a partir d’imatges de microscopi electrònic.

 

Aquest sistema molecular, anomenat Crispr, ja s’usa per a obtenir animals genèticament modificats usats en els laboratoris d’una forma més fàcil de la que es podia fer fins ara.

Els cientifics també esperen que Crispr es podrà usar per a fer cirurgia genòmica,  per a corregir els gens que causen malalties.  En el laboratori, no en humans encara, investigadors holandesos han mostrat que podien corregir la mutació que causa fibrosi quística.

De totes maneres cal ser prudent abans de que la nova tècnica es pugui aplicar a humans perquè, a vegades, es poden produir canvis en gens distints dels que es volien canviar i això pot tenir efectes no desitjats.

Al mateix temps sorgeixen problemes ètics. Ja s’ha experimentat en micos als quals se’ls ha modificat dos gens i, si s’utilitzés en embrions humans, això ens portaria a infants de disseny. Modificant les cèl·lules germinals humanes, els canvis genètics es podrien transmetre a futures generacions.

Ja existeixen aplicacions comercials de Crispr i recentment s’han fundat companyies de noms com Editas Medicine, Crispr Therapeutics i Caribou Biosciences.

 

En aplicacions a l’agricultura aquesta tècnica podria servir per a obtenir espècies amb noves característiques i potser ésser més acceptada que les plantes modificades genèticament actuals que,  generalment,  incorporen ADN extern.

 

El desenvolupament d’aquesta nova tècnica és un  exemple dels beneficis inesperats de la recerca bàsica que, sovint, s’obtenen al cap d’uns anys. Quan fa uns 15 anys es van seqüenciar genomes sencers de bacteris i es van veure que moltes espècies tenien aquestes seqüències repetides es van anomenar  “clustered regularly interspaced short palindromic repeats” , és a dir Crispr.

Com funciona el sistema en els bacteris

Les seqüències repetides d’ADN en el genoma bacterià estan separades l’una de l’altra per uns espais. Aquests separadors són seqüències de virus que han atacat el bacteri o els seus antecessors. Són com fotos carnet que l’indiquen al bacteri quins són els tipus dolents que cal vigilar. El sistema de defensa  Crispr tallarà l’ADN d’un virus invasor que presenti la mateixa seqüència i el virus serà destruït. Si l’atac el provoca un nou virus desconegut es crea un nou separador, la nova foto carnet, i es posa al final de la seqüència.

El Crispr és com una cinta gravadora que grava els atacs dels invasors.

 

Aquest sistema també serveix per a distingir dues soques diferents de bacteris perquè soques diferents de la mateixa espècie poden haver-se enfrontat a virus diferents i això serveix per identificar la font de brots d’infeccions alimentàries.

Companyies làcties que fabriquen yogurs o formatges com Danisco poden ara examinar les regions Crispr per veure si els seus cultius bacterians estan immunitzats contra certs virus que podrien alentir la producció.

En el passat produir múltiples canvis genètics en animals significava crear diferents animals amb un sol canvi i desprès creuar-los per  a produir descendència amb canvis múltiples. Amb Crisp això es pot fer en un sol pas.

La indústria làctia pot usar Crispr per  a protegir bacteris importants com el  Lactobacillus acidophilus, usat en la producció de yogurs, dels virus.

 

Un dels problemes de la tècnica Crispr és que no es prou específica i, a vegades, afecta a altres gens, com ja he explicat. Els investigadors estan intentant fer-la més específica.

Un altre obstacle pel tractament de malalties és com fer arribar els canvis genètics a totes les cèl·lules que els necessiten. En alguns casos pot ser possible extraure cèl·lules mare de la sang, utilitzar Crispr i posar-les altra vegada en el cos. Si això no és possible, l’ADN necessari per a fer l’enzim Cas9, el RNA guia i el pedaç corrector es poden posar en un virus desactivat que farà de transportador a les cèl·lules.

Crispr també es podria fer servir per a crear nous antibiòtics que matessin els bacteris dolents, però que no afectessin als bons.

Finalment, s’ha descobert que certs bacteris usen l’enzim Cas9 per a silenciar un dels seus popis gens, en lloc dels virus, per a evitar la seva detecció per part del sistema immunitari dels organismes que envaeixen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El Big Bang a la llum de la possible detecció d’ones gravitatòries

En un recent article en el New York Times el físic Max Tegmark explica la seva visió de l’univers primitiu a la llum del recent descobriment dels possibles efectes d’ones gravitatòries primordials en la radiació de fons de l’univers, aparentment causades per la inflació.

En una analogia brillant compara el creixement exponencial causat per la inflació amb el de l’embrió humà que doble els nombre de cèl·lules a un ritme aproximadament diari durant una etapa de desenvolupament. Si aquest desenvolupament desenfrenat seguís durant els nou mesos de gestació, al final d’aquesta l’embrió tindria una massa superior a la de l’univers observable! I això és el que va passar en l’univers si es confirmen els resultats de l’experiment en el Pol Sud que donen credibilitat a la teoria de la inflació còsmica.

Pel que sembla en els orígens de l’univers una massa equivalent a menys d’una poma d’una grandària inferior a una milmilionèsima d’un protó dobla la seva massa cada centèsima de bilionèsima de bilionèsima de bilionèsima de segon degut a una inestabilitat en la teoria de la relativitat general d’Einstein.  Aquesta inflació superlumínica es frena quan l’univers té el volum d’un pomelo i continua a un ritme més moderat, formant quarks, nuclis, àtoms, estels, planetes, més tard es torna a accelerar i ens porta a l’univers actual,  amb nosaltres com espectadors meravellats, univers del qual observem una petita part amb un radi de 46.600 milions d’anys llum. (Encara que aquesta història sembli contradir el principi sagrat de conservació de l’energia no la contradiu gràcies a que l’energia gravitatòria és negativa).

Si aquest descobriment es confirma, teories alternatives de com es va formar l’univers tals com la teoria cíclica i versions més complicades de la teoria inflacionària quedaran descartades, és a dir es farà una neteja “primaveral” (spring cleaning), com diu Tegmark.

La nostra visió del Big Bang també canviarà. És incorrecte dir que la inflació va començar poc desprès del Big Bang, perquè va succeir abans, de fet, el va crear. No és adequat dir que el Hot Big Bang va ser l’origen del temps perquè no sabem si el temps realment va tenir un principi i perquè els començaments de la inflació ni van ser extraordinàriament calents ni grans ni van ser una explosió.

 

 

Possible detecció indirecta de matèria fosca

L’existència de matèria fosca va ser conjecturada ja en els anys 30 del segle XX per Jan Oort i Fritz Zwicky per explicar les velocitats orbitals dels estels a la Via Làctia i els moviments de les galàxies en els cúmuls.  D’això ja en hem parlat en alguna altra píndola. La matèria fosca també explicaria la rapidesa amb la que es van formar les primeres galàxies i algunes lents gravitacionals, entre altres. Segons les dades del satèl·lit Planck la matèria fosca constitueix aproximadament el 85% de la matèria de l’univers i un 26,8% de la matèria-energia.

De totes maneres, la seva existència no està plenament confirmada, ja que alguns cosmòlegs han proposat teories de la gravitació modificades que també explicarien alguns dels fenòmens esmentats.

Hi ha diversos intents de identificar la partícula que podria constituir la matèria fosca tan al LHC, el col·lisionador de hadrons a Suïssa, com en diferents experiments en túnels com el de Canfranc o el Gran Sasso a Itàlia o en mines profundes aïllades d’altres interaccions on s’espera trobar el cas improbable d’un xoc entre una partícula de matèria fosca i una de matèria bariònica, és a dir la matèria ordinària com els protons o neutrons.

En aquest gràfic es veuen les velocitats estel·lars depenent de la distància al centre en una galàxia espiral típica. La corba de punts és la velocitat esperada si no existís matèria fosca: les velocitats decreixen amb la distància com passa en el sistema solar i els planetes. Les velocitats observades, en vermell, que mostren que els estels donen voltes con un CD, no seguint les lleis de Kepler, ens porten a la hipòtesi de la existència de matèria fosca.

Ara podria haver-hi una prova indirecta en els resultats d’observacions del satèl·lit Fermi que detecta raigs gamma.

 

Un excés de raigs gamma provinent del centre de la Via Làctia (en vermell la més alta concentració) podria explicar-se per una auto-aniquilació de partícules de matèria fosca.

Les partícules de matèria fosca són, d’acord amb la teoria,  les seves pròpies antipartícules i quan xoquessin entre elles es destruirien mútuament, donant lloc a partícules de matèria ordinària que produirien fotons d’altíssima freqüència, és a dir, raigs gamma, mil milions més energètics que la llum ordinària. El senyal que es detecta és molt simètric en una regió d’uns 5.000 anys llum de radi. La massa calculada de les partícules de matèria fosca estaria entre 30 i 35 Gev i això és sorprenent perquè estaria plenament en la gamma d’energies (recordeu que massa i energia són equivalents des de Einstein) que es poden obtenir en els acceleradors de partícules actuals.

Aquests resultats, incloent la no detecció  en el LHC, podrien suggerir no solament l’existència de noves partícules de matèria fosca sinó també l’existència d’una nova força, ja que la interacció amb la matèria ordinària no seria per mitjà del bosó de Higgs o del bosó Z, com s’hauria esperat sinó per mitjà d’ un nou bosó, és a dir una nova força.

De totes maneres, una explicació alternativa a l’excés de raigs gamma, seria l’existència de púlsars amb altíssimes rotacions, mil per segon. Però hi ha algunes coses que no quadrarien amb aquest escenari. Primer els púlsars que tenen aquestes velocitats de rotació produeixen més raigs gamma de baixa energia (per sota d’un Gev) dels observats i Fermi no ha detectat prous púlsars per que produeixin els efectes observats. Es podria tractar d’un nou tipus de púlsar i, com afirma un dels científics que ha comentat el resultat, és més fàcil creure en un  nou tipus de púlsar que en un nou tipus de matèria.

Una prova més definitiva seria observar el mateix efecte en el centre de les galàxies nanes satèl·lits de la Via Làctia. Això podria passar en els propers anys amb observatoris més precisos que es posaran en òrbita en el futur.

 

 

 

Ressuscitant espècies extingides

L'herc

El colom migratori

El colom migratori era una au extremadament exitosa. Quan els immigrants europeus van arribar al que ara són els Estats Units, es calcula que hi havia en el seu territori entre tres mil i cinc mil milions de coloms migratoris, però el u de setembre del 1914 va morir el darrer colom migratori del qual es té notícia. Les principals causes de la seva desaparició van ser la pèrdua del seu hàbitat i la caça massiva i mecanitzada a la que van ser sotmesos com a font de menjar barat pels esclaus.

Ara s’està estudiant ressuscitar la espècie partint de l’ADN d’exemplars que es guarden en museus.  Es tractaria de seqüenciar l’ADN del colom migratori i el d’una altra espècie semblant (Patagioenas fasciata) i editar l’ADN d’una cèl·lula germinal d’aquesta espècie per igualar-lo al del colom migratori. A continuació implantar aquesta cèl·lula en l’ou d’un altre colom ordinari i esperar que aquesta cèl·lula germinal (1) emigri a les gònades del pollet. Deixaran que el pollet creixi, exteriorment serà un de la espècie auxiliar, però interiorment portarà esperma de colom migratori si  és un mascle o ous de colom migratori si és una femella  i quan en tinguem dos dels dos sexes podrem crear un colom migratori. Les estimacions és que això podria ser factible abans del 2025.

Seqüenciar els dos ADN és possible, però com que les dues espècies van divergir fa uns 30 milions d’anys els seus ADNs poden diferir en més d’un milió de llocs.  Els científics hauran d’esbrinar quines variacions són físicament significatives i fer els corresponents canvis. No és impossible, però sí comportarà molta feina. S’usarà una nova tècnica inventada per George Church anomenada MAGE i que es coneix com la màquina de l’evolució perquè permet fer l’equivalent de milions d’anys de mutacions naturals en minuts.

Una altra cosa que no s’ha fet encara és extraure cèl·lules germinals  d’embrions de coloms, encara que sí s’ha fet de pollastres. Una alternativa seria extraure cèl·lules mare i estimular-les per a que es converteixin en cèl·lules germinals, encara que això no s’ha fet fins ara en ocells.

En qualsevol cas, el dia que això s’arribi a fer no serà la primera vegada que s’ha ressuscitat una espècie extingida. Això es va fer a l’Estat Espanyol i es va donar a conèixer en un article publicat al gener del 2009 amb el desaparegut  herc (Capra pyrenaica pirenaica). Clar que en aquell cas es partia de cèl·lules de l’espècie original preservades en nitrogen líquid.

Ja en el 1913 l’herc estava quasi extingit i només quedaven uns quants exemplars en el parc nacional d’Ordesa.  Els hercs havien estat caçats per la grandària de la seva cornamenta.  Es va intentar la hibridació amb la cabra hispànica, però no va tenir èxit. Finalment,  el dia 5 de gener  del 2000 es va trobar el cadàver del darrer herc. Abans, però, en el 1999 s’havien recollit cèl·lules de la pell (és a dir cèl·lules somàtiques, amb tots els cromosomes) que van ser conreades i preservades en nitrogen líquid.

Aleshores es va intentar la clonació obtenint embrions amb òvuls de cabres domèstiques que van ser implantats en cabres hispàniques o híbrids de cabra salvatge ibèrica i cabra domèstica obtenint set gestacions, una de les quals va donar lloc a un cabrit que va néixer viu, per cesària, però que va morir al cap de set minuts per problemes respiratoris. El cabrit era genèticament idèntic a un herc.  L’article on es descrivia aquest experiment va ser un dels més citats aquell any i va demostrar que les cèl·lules congelades podien revifar-se i que les tècniques empleades per a la clonació es podien fer servir per a ressuscitar l’espècie.

En el 2013 els científics de la Universitat de Newscastle també han pogut reconstruir una espècie de granota extingida.

Els propers passos poden ser el mamut i el colom migratori, encara que en el cas del mamut segurament no serà possible recuperar tot l’ADN i pot ser només obtindrem un elefant pelut capaç de viure a Sibèria.

(1)Les cèl·lules germinals són les que donen origen als òvuls i els espermatozoides