28/12/2019

Els deu avenços científics dels anys 2010

Malgrat que l'actual dècada no acaba fins el proper 31 de desembre del 2020, ja es comença a trobar arreu resums no només de l'any que s'acaba, si no de la dècada dels anys 2010. La dècada dels 2010 ha estat plena de descobriments fascinants que van empènyer una mica més els límits de la ciència. Oferim una selecció dels deu que considerem essencials.

Ja sigui en física, cosmologia o biologia, l'última dècada ha tingut la seva part dels principals avenços científics. Des de la detecció d’ones gravitacionals a l’emergència climàtica, entre aquestes deu, quin és segons vosaltres, el més important?

La primera imatge d’un forat negre

Aquest cercle ataronjat i lluminós és en realitat un disc d’acreció de gas ionitzat al voltant del forat negre que es troba al centre de la galàxia M87 a 55 milions d’anys llum de nosaltres. És la primera imatge feta mai d’un forat negre, cent anys després de la predicció de la seva existència en la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein. Abans, totes les evidències de l’existència d’aquests monstres còsmics eren només indirectes. Aquest descobriment va ser possible gràcies al telescopi terrestre Event Horizon, que es dedica a l'entorn ambiental del forat negre Sagitari A*.

El forat negre al centre de la galàxia M87 es va observar gràcies a les mesuraments
del telescopi Event Horizon. © Telescopi Horizon Event

Tisores moleculars CRISPR

En biomedicina, hi ha un abans i un després CRISPR. Els genetistes saben des de fa temps crear organismes modificats genèticament (OMG), però les tècniques de modificació del genoma eren laborioses, cares i imprecises. Les investigadores Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna, ajudades pels seus companys, van descriure, a la revista Science del 2012, aquesta formidable eina molecular capaç de simplement modificar el genoma.

El mecanisme s’anomena CRISPR-Cas9 i s’anomena tisora ​​molecular. És fàcil d’utilitzar, barat i permet als científics tallar l’ADN exactament allà on volen, crear o corregir, per exemple, una mutació genètica i tractar malalties rares.

La tècnica encara és lluny de ser infal·lible i dóna lloc a la por als aprenents bruixots, com aquest científic xinès que va provocar un escàndol en utilitzar-la en embrions humans durant una fecundació in vitro que va donar lloc a bessons. 

El complex CRISPR-Cas9 permet modificar el genoma de les cèl·lules, tant en animals
com en plantes. © Juan Gärtner, Fotolia

Noves espècies humanes

La dècada va començar amb el descobriment d’una nova i important espècie de la espècie humana Homo. Amagada a una cova de Denisova, a les muntanyes Altai, a Sibèria, fragments d'ossos dels dits van revelar després de l'anàlisi genètica que l'individu pertanyia a una espècie d' homínid fins ara desconeguda i que van batejar Home de Denisova.

L'espècie s'uneix així a les altres espècies de Homo conegudes que poblaven diferents continents del planeta. Homo neanderthalensis vivia a Europa, Homo erectus a Àsia, Homo soloensis a l'illa de Java , els nans de l'homo floresiensis a l'illa de Flores (anunciada el 2004), Homo naledi a Sud-àfrica (2015) etc... i l'última espècie, descoberta a l'illa de Luçon, a Filipines, i classificada aquest any: Homo luzonensis.

Les noves tècniques d’anàlisi genètica de l’ADN antic han obert les possibilitats als antropòlegs, que ara poden seqüenciar fòssils de desenes de milers d’anys. 

La cara d’un Denisovan es va reconstruir per primera vegada. Es tracta d’una jove d’uns
13 anys, morta de fa més de 70.000 anys, les restes de la qual es van trobar a la cova de
Denisova a Altai, Sibèria. © Maayan Harel

La primera detecció d’ones gravitacionals
Un altre esdeveniment còsmic també va marcar la dècada: la primera detecció, el 14 de setembre de 2015, d’ones gravitacionals. Dos forats negres es van fusionar en un remolí fa 1.300 milions d’anys, una col·lisió tan potent que va propagar ones a la resta del cosmos que es contrauen i amplien l’espai a la velocitat de la llum. Aquestes ones finalment van trobar la Terra el 14 de setembre de 2015 i van ser les instal·lacions LIGO i VIRGO les que van enregistrar-les. Una vegada més, Einstein tenia raó. 

Les ones gravitacionals es van detectar per primera vegada el 2015. © Ligo, NSF, Aurore Simonnet

Tractar el càncer amb la immunoteràpia

Durant dècades, els metges van tenir tres solucions poc interessants per atacar un tumor: cirurgia, verí (quimioteràpia) i irradiació (radioteràpia). Però als anys 2010, una nou dard va aparèixer al buirac dels científics: la immunoteràpia.

El principi és tractar els glòbuls blancs que formen el sistema immune de manera que eliminin les cèl·lules canceroses del cos que han quedat ignorades pel cos. La tècnica més avançada s’anomena CAR-T i modifica genèticament els limfòcits T abans de tornar-los en gran quantitat al cos, més ben armats.

S'ha autoritzat una onada de fàrmacs al mercat des de mitjans dels anys 2010, per a cada vegada més càncers (melanomes, limfomes, leucèmies, càncers de pulmó, etc...). La immunoteràpia no funciona en tots els pacients i pot tenir efectes secundaris greus. Però en alguns casos, les remissions són impressionants.

La immunoteràpia utilitza anticossos monoclonals per promoure la resposta immune
del pacient. © molekuul.be, Fotolia

La intel·ligència artificial es democratitza

La intel·ligència artificial (aprenentatge automàtic) va arribar a la maduresa als anys 2010. És el motor dels assistents de veu o de les recomanacions de Netflix, una eficiència habilitada pel processament de muntanyes de dades, amb el gegantesc poder informàtic dels equips moderns.

La tecnologia ha acompanyat avenços espectaculars aquesta dècada, des del primer robot que va superar el campió mundial del joc de Go del 2017 (Google AlphaGo) fins a programari de traducció o reconeixement facial en temps real a Facebook. Els mons de la medicina (per fer diagnòstics més precisos que els humans), les finances, l’automoció, fins i tot els recursos humans per ordenar currículums i valorar els candidats, adopten aquesta tècnica. 

La intel·ligència artificial ja forma part de la nostra vida diària. © carloscastilla, Fotolia

La crisi climàtica

La segona meitat de la dècada, del 2015 al 2019, va concentrar el rècord d'anys més calorosos. L’objectiu d’impedir l’augment de temperatures d’1,5º C a 2°C sembla que cada cop és més difícil de mantenir. El 2019, els desastres naturals també es van intensificar amb incendis gegantins arreu del món, ciclons més potents i inundacions cada cop més freqüents.

Els successius fracassos de les negociacions internacionals per reduir les emissions de gasos d’efecte hivernacle presumptament no són gens bons, malgrat la mobilització ciutadana.
El nostre impacte sobre el medi ambient ha estat un tema ineludible en els darrers anys i
ho ha de ser en els propers. © Emmanuel, Adobe Stock

Confirmació de l'existència del bosó de Higgs

Un nou bosó, les característiques del qual coincideixen amb les exposades en una teoria postulada independentment per diversos científics entre els quals Peter Higgs el 1964, es va observar per primera vegada el 4 de juliol de 2012 al cor del Gran Col·lisionador d’Hadrons. Gairebé un any després, el CERN confirmarà que era efectivament el famós bosó de Higgs, confirmant una teoria que té gairebé 50 anys. Sobrenomenada "la partícula de Déu", el bosó de Higgs fa possible donar massa als bosons Z i W, cosins del fotó, implicats en una de les quatre forces de la física, amb interaccions febles. 

El bosó de Higgs es va descobrir gràcies al LHC. © Cern

Mart i els ingredients de la vida

Encara no se sap si Mart va protegir la vida, però sí que sabem que el Planeta Vermell ha estat habitable. Poc després d’aterrar el 6 d’agost de 2012, el rover Curiosity va descobrir còdols, una nova evidència que els rius van fluir per allà fa milers de milions d’anys. L’evidència s’ha multiplicat: en realitat hi havia molta aigua a Mart, aigües termals, llacs, potser oceans. La Curiosity també va descobrir el 2014, el que la NASA anomena els "maons constructius de la vida", molècules orgàniques complexes.

Es posaran en marxa dos nous robots mòbils l’estiu del 2020, l’americà Mars 2020 i l’europeu Rosalind Franklin per tal de descobrir vells microbis. 

La NASA vol cercar proves de vida al planeta Mart. © Nasa, JPL-Caltech

L’arribada del Big Data

Amb el desenvolupament digital, el món que ens envolta produeix una quantitat astronòmica de dades. El recull i l'emmagatzematge per a una millor anàlisi, es diu Big Data. Una revolució que ha canviat la nostra vida quotidiana i la ciència. La proliferació de dades informàtiques i científiques ha canviat profundament la manera de fer les investigacions. Han esdevingut tan essencials com els experiments clàssics.

En biologia, han revolucionat l’estudi del microbioma, el material genètic de tots els microorganismes que viuen en un determinat entorn. Més enllà dels fòssils, els genomes i proteomes permeten rastrejar l’evolució de l’home així com les seves migracions. 

Les dades que produïm cada dia s’emmagatzemen en centres de dades. © Eisenhans, Fotolia



 

L’enorme erupció d'un forat negre ha deixat rastres en un cúmul de galàxies


Les erupcions associades als discos d’acreció dels forats negres supermassius són molt potents. Gràcies al satèl·lit Chandra, acabem de detectar els rastres deixats per una d’aquestes erupcions, a on l’energia alliberada de 100 x 1024 de vegades la d’una bomba atòmica.

El telescopi Chandra ha permès a la Humanitat estudiar l’Univers observable en els rajos X des de fa 20 anys. Tot i que avui competeix per altres ulls en òrbita en aquest espectre de llum com el Spektr-RG, el Hubble rus dels rajos X, continua sent un formidable instrument capaç de revelar el comportament espectacular del cosmos.

Un article publicat recentment a The Astrophysical Journal Letters i amb accés gratuït a arXiv ho demostra bé. És el treball d’un equip internacional d’astrofísics que van observar amb Chandra un cúmul de galàxies anomenat SPT-CLJ0528-5300, o abreviat SPT-0528. Aquest cúmul conté una galàxia central molt brillant en el domini de ràdio a causa de la presència d'un nucli de galàxies actiu (AGN). Les AGN, com s’anomenen en anglès, són produïdes per forats negres supermassius que acumulen matèria. Per tant, estan envoltats d’un disc d’acreció al qual de vegades s’associen potents dolls de material. Quan els AGN són especialment actius, també són tremendament brillants i poden aparèixer com els anomenats quàsars.

Un vídeo dels vint anys de Chandra. Podeu triar l'idioma de subtitulació a la
configuració del vídeo. © Steer Films & Nasa, CXC, SAO
 

Una erupció del forat negre que equival a 1038 explosions nuclears

Sabem que hi ha un vincle de coevolució entre els forats negres supermassius i les galàxies que els allotgen. Però també ens preguntem sobre els vincles entre l’evolució dels forats negres supermassius i la dels cúmuls de galàxies on es troben. Recentment, el cosmòleg Romain Teyssier havia explicat a Futura que els forats negres i les galàxies supermassives creixen principalment a través de filaments de gas fred canalitzats per filaments de matèria fosca entre galàxies i cúmuls de galàxies. Però aquests processos semblen estar afectats pels vents galàctics, almenys produïts per l’alè de les explosions de la supernova. També es planteja la qüestió sobre els vents de la matèria i la radiació que generen els forats negres supermassius. Sabem que alguns són un tipus de llocs d’erupcions colossals.

SPT-0528, com tots els cúmuls, es troba immers en un plasma molt calent, de diversos milions de graus, cosa que fa que irradiïn en raigs X. L’observem amb el Chandra tot i que està a 6,7 ​​mil milions d’anys a causa del valor de la velocitat de la llum. Els investigadors van destacar dues cavitats en aquest plasma. Tot indica que van ser excavats encara fa més temps pels dolls emesos durant una potent erupció de l’AGN central de SPT-0528.

Els astrofísics han calculat l'energia necessària per excavar aquestes dues cavitats i és excepcional, ja que correspon a la que seria alliberada per 1038 explosions nuclears a la Terra, és a dir, 1054 joules. És l'erupció més poderosa d'aquest tipus determinada en un cúmul de galàxies. 

Les cavitats gegants del medi intergalàctic del cúmul de galàxies SPT-0528 que emetien
raigs X (mostrades en blau, tal com s’observa l’Observatori de rajos X de Chandra de
la NASA) van ser excavades per una explosió de forats negres. Les dades de rajos X
estan superposades a les observacions del visible del telescopi espacial Hubble
(en vermell-taronja), on també es pot veure la galàxia central que allotja probablement
el forat negre supermassiu culpable. La barra de la part inferior dreta dóna l’escala
en anys llum (light year). © Michael Calzadilla.


Ho he vist aquí.