Avui en dia la física quàntica és un tema candent en la ciència i, tal com succeeix amb tot tema candent, ha aparegut molta desinformació al seu voltant—tothom ha vist algun cop algun anunci sobre “curacions quàntiques”. Sembla que la paraula “quàntica” s’ha acabat convertint en un segell farcit de desconeixement que s’afegeix per tal d’intentar dotar de validesa qualsevol projecte que es tingui present.  En aquest reportatge ens remuntarem als orígens d’aquesta branca tan puntera de la física per tal d’intentar respondre, en una primera aproximació, la gran pregunta: “Què és la quàntica?”.

A finals del segle XIX la comunitat física, fent honor a la seva fama de ser gent superba, pensaven que les grans qüestions d’aquesta ciència ja estaven resoltes (per saber-ne més, podeu consultar l’article sobre gravetat quàntica de Ciència Oberta). Teníem la mecànica clàssica per explicar com es comporten els cossos sotmesos a forces a nivell macroscòpic i les equacions de Maxwell que descrivien perfectament els fenòmens electromagnètics, què més calia?

Bé, de fet el que es creia complet eren les grans qüestions fonamentals, però encara hi havia petits detalls per concloure que donaven maldecaps als físics més reconeguts del moment. La termodinàmica acabava de néixer i amb ella preguntes sense resoldre com la radiació del cos negre o quins eren els límits de validesa de la segona llei de la termodinàmica. Un jove físic alemany anomenat Max Planck es va interessar per tots aquests problemes, la qual cosa el va acabar portant a escriure el revolucionari article que, sense ell saber-ho, va marcar el naixement de la quàntica.

La radiació de cos negre i els maldecaps del segle XIX

En primer lloc, què és un cos negre? No és res més que aquells cossos que absorbeixen tota la radiació que els arriba, sense reflectir ni transmetre res. De retruc, aquests cossos emeten radiació (en forma de llum o de calor) en totes les freqüències possibles amb una intensitat variable que tan sols depèn de la seva temperatura i no dels materials que el constitueixen ni de la radiació incident. Ésclar que es tracta d’una idealització per facilitar la vida als físics teòrics, ja que mai ens trobarem cap objecte a la vida real que compleixi totes les condicions.

Sí que hi ha, però, cossos que es poden aproximar molt bé a un cos negre i que, per tant, els físics es deleixen per estudiar-los. Va ser a partir de la recerca sobre com emetia la radiació el cos negre en funció de quin tipus de llum absorbia (per tipus de llum em refereixo a quina era la seva freqüència, és a dir, com vibraven de ràpid les ones electromagnètiques que incidien sobre ell) que van començar a sorgir els problemes.

Per una banda, hi havia els físics teòrics. Amb un paper i un llapis van derivar les lleis que caracteritzaven els cossos negres a partir de les lleis de l’electromagnetisme i la mecànica estadística. Els qui van tenir més èxit van ser Rayleigh i Jeans, que van derivar la “fórmula de Rayleigh-Jeans”.

Per altra banda, teníem els físics experimentals, que havien d’enginyar-se-les amb el material del qual disposaven al laboratori (que a finals del segle XIX ja us podeu imaginar que no era una tecnologia massa avançada) per reproduir un cos negre i mesurar-ne la radiació de la manera més acurada possible. Un dels científics més destacats va ser Wien, qui va aconseguir uns resultats amb una fidelitat prou alta com per què es prenguessin com a vàlids.

No obstant, ràpidament es va veure que alguna cosa no rutllava: els resultats de Wien no concordaven amb els de Rayleigh i Jeans! En concret, quan la llum incident al cos negre vibrava amb una freqüència alta (el règim ultravioleta), els teòrics predeien una radiació increïblement alta, però les observacions mostraven tot el contrari. Aquest fenomen es va conèixer popularment com la catàstrofe ultraviolada.

Wien, confiant en els seus estudis, va derivar teòricament una llei que sí que concordés amb els resultats experimentals. Aquesta llei, coneguda com la llei de Wien, era molt fidel a les observacions, però per a obtenir-la havia fet servir moltíssimes aproximacions no del tot justificades. Semblava com si hagués intentat forçar les lleis de la física a reproduir les seves dades i no al revés, de manera que la comunitat científica no estava gens satisfeta.

La creativa solució de Planck: quantització de l’energia

Max Planck va publicar l’any 1900 la solució per la catàstrofe ultraviolada que va deixar als físics bocabadats, i que va generar una enorme controvèrsia al seu voltant. Fins i tot el propi Planck no estava del tot satisfet amb la seva proposta. Evidentment, Planck va fer una derivació exhaustiva a partir de principis termodinàmics plenament acceptats, però el pas més important va ser la postulació que l’energia havia d’estar discretitzada.

És a dir, va assumir que l’energia del cos negre no podia prendre qualsevol valor, sinó que aquesta s’emetia/absorbia per petits paquets o “quanta” (tal com ell els va anomenar). La fórmula per descriure aquesta unitat mínima d’energia és $\varepsilon = h f$, on $f$ és la freqüència de vibració i $h$ és la constant de Planck. L’energia total, diguem-li E, és proporcional a aquests “quants” energètics $\varepsilon$. Com més quants $\varepsilon$ absorbeix el cos negre, major serà l’energia total E.

I per què a freqüències baixes la llei de Rayleigh-Jeans funcionava bé però a freqüències altes no, mentre que la llei de Planck s’ajustava perfectament als experiments?

Imagina que tenim ones electromagnètiques a baixa freqüència, posem per exemple a 1 Hz. Els “paquets” que faran d’energia èpsilon seran múltiples d’1, per la qual cosa serà molt fàcil que l’aproximació de Rayleigh-Jeans s’apropi a qualsevol valor d’energia E. Si cada paquet d’energia èpsilon és 1, per representar una energia E de 15 necessitarem 15 paquets. Als nostres ulls és com si l’energia total E pogués prendre qualsevol valor. Per aquest motiu, a baixes freqüències la teoria clàssica concordava amb els resultats experimentals.

En canvi, per ones a alta freqüència, tindrem un valor superior, per exemple, de 10 Hz. En aquest cas, els paquets seran més energètics i no podrem aproximar-nos de manera precisa a certs valors d’energia E, com per exemple, 14. No tenim un nombre de paquets que ens descrigui exactament quanta energia hi ha, ja que un paquet seran 10 (ens hem quedat curts) i dos paquets seran 20 (ens hem passat). Aquí la teoria clàssica deixa de ser una bona aproximació de la natura, de manera que la llei de Rayleigh-Jeans falla estrepitosament a l’hora d’explicar la radiació del cos negre mentre que la llei de Planck ho fa molt bé.

En els següents gràfics podem veure il·lustrada aquesta idea per intentar entendre-la de manera intuïtiva:

Polèmica entorn el quanta

Els resultats de Planck van ser confirmats per nous experiments. Tot i això, la comunitat científica es mostrava molt reticent a acceptar els arguments de Planck, sobretot degut a tres aspectes:

1. No explicava la interacció matèria-èter: Els contemporanis de Planck esperaven que enresoldre les qüestions obertes entorn de la radiació s’aportés nova llum per entendre la relació entre la matèria i l’èter (una mena de fluid invisible que, en aquell moment, es creia que omplia l’espai), però no va ser així. Per això eren reticents a acceptar les idees de Planck.
2. Barreja de clàssica i quàntica: Per a derivar la fórmula final, Planck va barrejar dos àmbits que es contradeien. Per una banda, va fer servir l’electrodinàmica clàssica, que assumeix que l’energia s’emet i s’absorbeix de manera contínua, i per l’altra va introduir la discretització de l’energia. Els resultats eren correctes, però hi havia aquesta inconsistència al llarg de la derivació.
3. Discontinuïtat energètica: Ningú mai abans havia insinuat que l’energia s’hagués de quantitzar. Es tracta d’un concepte contra intuïtiu que, a més, entrava en conflicte amb la ja totalment assentada física clàssica. Els físics i físiques no estaven disposats a abandonar la seva estimada teoria així com així, calia revisar amb lupa el que Planck proposava.

Tot i l’oposició de la comunitat científica a acceptar els quants d’energia (i, per tant, acceptar que la física clàssica era incompleta), de mica en mica es van anar succeint un munt de descobriments que utilitzaven dit concepte de manera fonamental, com l’efecte fotoelèctric o les capacitats específiques.

A més, l’any 1924, Bose, un dels grans físics del moment, va derivar la llei de Planck utilitzant exclusivament la teoria quàntica. A partir d’aquell moment ja ningú podia negar que els “quanta” havien vingut per quedar-se.

Ja per acabar…

Així doncs, un suggeriment a primera vista tan innocent com podia ser que l’energia en lloc de ser una quantitat contínua era discreta va comportar una de les majors revolucions en la història de la física. Els canvis que Planck va proposar eren tan profunds que la seva acceptació va ser un procés lent: va ser necessari que la física clàssica fos incapaç de respondre problemes que ja portaven temps molestant els científics (com la radiació del cos negre o el problema amb les capacitats calorífiques, per exemple) perquè es comencés a construir la física quàntica d’una manera més formal i rigorosa. De fet, avui en dia encara en recollim els fruits i val a dir que en aquesta disciplina els fenòmens contra intuïtius no han deixat de succeir-se.

Sobre l’autor: Laia Serradesanferm Córdoba

Sóc graduada en física amb un màster en física quàntica. M’he especialitzat en comunicació i divulgació científica perquè m’encanta explicar els conceptes fascinants, i moltes vegades poc intuïtius, que aquesta disciplina amaga. Actualment treballo al departament de comunicació científica de l’ICFO. Per altra banda, des de ben petita que la música ha format part de la meva vida: cantar i tocar el violoncel m’apassiona tant o més que la física.

Revisors: Mar Barrantes Cepas, Nil Salvat Rovira, Pau Clavell Revelles, Víctor Naharro Oriol

The post Com va sorgir la mecànica quàntica? appeared first on Ciència Oberta.

Sovint pensem que la comunicació és una eina exclusivament humana que només es realitza a través de les paraules. No obstant això, si entenem la comunicació com a un intercanvi d’informació entre un emissor i un receptor, existeixen múltiples formes que no necessiten paraules i que estan presents a altres éssers vius, per exemple, als bacteris.

Què és la percepció de quòrum?

La percepció de quòrum, o quorum sensing en anglès, és una forma de comunicació dels microorganismes que permet als bacteris conèixer la densitat de població que hi ha al seu entorn. Es pot donar entre bacteris de la mateixa espècie o entre espècies diferents, i actua directament sobre la regulació de processos que són clau per a la seva supervivència. 

Una llum enmig de la foscor

Segur que et sona haver vist documentals sobre peixos i meduses que viuen a grans profunditats i que brillen amb llum pròpia, literalment. Aquest fenomen es coneix com a bioluminescència i, en molts casos, és provocat per bacteris que viuen a dins dels animals luminescents.

Quan els bacteris detecten que hi ha una densitat poblacional considerable, expressen els gens de bioluminescència. Així, els bacteris proporcionen llum als animals marins, que els pot ajudar en la recerca de menjar o de parella, i els animals els proporcionen un hàbitat i nutrients. S’estableix, per tant, una relació de simbiosi, ja que ambdues parts en surten ben parades. 

Els biofilms: una estratègia de supervivència

Un altre mecanisme que es regula gràcies a la percepció de quòrum és la formació de biofilms. Els biofilms són estructures tridimensionals que es formen perquè els bacteris secreten una matriu feta de polisacàrids i altres molècules, a la qual es queden adherits. De fet, són famosos perquè permeten que els bacteris s’enganxin a les superfícies. Pot semblar difícil d’imaginar, però en realitat trobem biofilms a molts entorns quotidians. Per exemple, quan el drap de la cuina es posa llefiscós, és perquè hi ha un biofilm de bacteris enganxats i cal desinfectar-lo o substituir-lo immediatament. Fins i tot trobem biofilms a les nostres dents: el que clàssicament es coneixia com a ‘“placa dental”. 

Els bacteris que formen biofilms són més resistents a les condicions ambientals desfavorables, ja que la matriu impedeix que aquests arribin als bacteris. El principal problema que provoquen és que són extremadament resistents a la major part dels antibiòtics i dels desinfectants. A més, s’afavoreix l’intercanvi de gens de resistència entre els diferents bacteris del biofilm, encara que siguin d’espècies diferents.  

En aquest sentit, moltes de les infeccions bacterianes més problemàtiques avui dia estan associades a bacteris que formen biofilms. També és el cas de les infeccions hospitalàries associades a dispositius mèdics. Per això, hi ha molta investigació sobre la seva formació i eliminació. 

Tanmateix, no només són estructures indesitjables, ja que els biofilms tenen moltes aplicacions biotecnològiques, com la producció de compostos bioquímics o el tractament de medis contaminats mitjançant tècniques de bioremediació. 

Inutilitzar les armes enemigues

Molts bacteris són capaços de produir factors de virulència, unes proteïnes que els ajuden en els processos d’infecció. Per exemple, poden ser molècules que afectin les cèl·lules immunitàries o que siguin tòxiques per al nostre organisme.

Una de les teràpies més prometedores per a lluitar contra les resistències bacterianes és la teràpia antivirulència, que consisteix a inactivar aquests factors de virulència. Aquest tipus de tractament presenta certs avantatges respecte a l’ús d’antibiòtics. En primer lloc, la pressió selectiva que fan contra els bacteris és menor, ja que no tenen per què morir sense els factors de virulència. Això fa que no sigui tan probable l’aparició de resistències als tractaments. També és un punt positiu que la microbiota sana del pacient no es veu afectada, pel fet que és un tractament molt més específic contra el patogen. 

Divideix i venceràs

Tot i que no tots els mecanismes regulats per la percepció de quòrum són perjudicials, sobretot els biofilms i els factors de virulència tenen un especial interès en medicina a causa de l’augment de les resistències bacterianes als antibiòtics. 

L’abús que hem fet dels antibiòtics (fent-los servir de forma preventiva, a la ramaderia amb l’objectiu d’engreixar més els animals, prenent-los sense recepta mèdica, etc.) ha provocat que els bacteris resistents hagin anat sobrevivint molt més que els altres, de tal manera que avui en dia és difícil trobar un antibiòtic per al qual no hi hagi espècies resistents. 

Els antibiòtics són molècules que ataquen només els bacteris (no afecten altres éssers vius ni els virus) i que, des del seu descobriment, han ajudat a salvar milions de vides. Malgrat això, n’hem fet un ús abusiu: prenent-los sense recepta, per a prevenir infeccions en comptes de per a tractar-les, per a intentar curar malalties víriques, etc. També, durant molt de temps s’han fet servir a la ramaderia extensiva per a prevenir malalties i perquè alguns produeixen l’engreixament dels animals com a efecte secundari.

 Així, hem anat eliminant els bacteris que es veuen afectats pels antibiòtics i fent que predominin els bacteris que hi són resistents, de tal manera que avui en dia és molt difícil trobar un antibiòtic per al qual no hi hagi espècies resistents. Es creu que el 2050, les infeccions de bacteris resistents als antibiòtics podrien arribar a ser la primera causa de mort mundialment. Per tal d’evitar que la situació empitjori encara més, és molt important prendre els antibiòtics només sota recepta mèdica i durant el temps que ens diguin, encara que ens trobem millor abans.

En aquest context, la ciència i la medicina s’estan esforçant a trobar nous tractaments contra aquests bacteris resistents als antibiòtics. Una de les alternatives que semblen més prometedores és la inhibició de la percepció de quòrum, ja que, com hem vist, està estretament relacionada amb la formació de biofilms i l’expressió de factors de virulència. 

Podria ser que els bacteris es tornessin també resistents a la inhibició de la percepció de quòrum? Malauradament, sí. Tanmateix, si alguna cosa ens ha ensenyat la crisi dels antibiòtics, és que no hem d’apostar només per un únic tractament, sinó que cal fer més difícil l’aparició de resistències, apostant per tractaments diversificats i combinats. 

Ja per acabar…

Hem vist com els bacteris són capaços de comunicar-se gràcies a un mecanisme que es coneix com a percepció de quòrum. Aquest mitjà de comunicació els serveix per portar a terme en comunitat una sèrie de processos molt importants per a la seva supervivència. Malgrat això, la percepció de quòrum també està implicada en molts processos infecciosos. És per això que conèixer com funciona i saber com sabotejar-la ens pot ser de gran ajuda en la recerca per a nous tractaments contra els bacteris resistents als antibiòtics.

Per saber-ne més

Ciència Oberta – El futur de les infeccions bacterianes

Revista Mètode – La llengua dels bacteris

Blog del CReSA –  Biofilms bacterians: per què ens haurien d’importar?

Sobre l’autor: María del Carmen Outomuro Ruiz

Graduada en Biotecnologia (UB) i especialitzada en Microbiologia. Vaig començar en el món de la divulgació perquè volia que tothom sabés com d’interessants són els microorganismes. 

Referències

Jiang, Q., Chen, J., Yang, C., Yin, Y., & Yao, K. (2019). Quorum sensing: A prospective therapeutic target for bacterial diseases. BioMed Research International, 2019, 2015978. https://doi.org/10.1155/2019/2015978

Kalia, V. C., Patel, S. K. S., Kang, Y. C., & Lee, J.-K. (2019). Quorum sensing inhibitors as antipathogens: biotechnological applications. Biotechnology Advances, 37(1), 68–90. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.11.006

Philipp, L.-A., Bühler, K., Ulber, R., & Gescher, J. (2024). Beneficial applications of biofilms. Nature Reviews. Microbiology, 22(5), 276–290. https://doi.org/10.1038/s41579-023-00985-0

Sedillo-Torres, I. Y., & Ibarra-García, J. A. (2020). La terapia antivirulencia como una estrategia contra bacterias multidrogo-resistentes. https://doi.org/10.5281/ZENODO.5094044

Zhao, X., Yu, Z., & Ding, T. (2020). Quorum-sensing regulation of antimicrobial resistance in bacteria. Microorganisms, 8(3), 425. https://doi.org/10.3390/microorganisms8030425 

Cita del reportatge

Outomuro Ruiz, María del Carmen (2025, Març XX). La percepció de quòrum: la forma de comunicació bacteriana per excel·lència. Ciència Oberta,

Reportatge, Bioquímica. https://www.cienciaoberta.cat/percepciodequorum/.
Revisors: Pau Clavell Revelles, Mar Barrantes Cepas, Victor Naharro Oriol

The post Com es comuniquen els bacteris? La percepció de quòrum appeared first on Ciència Oberta.

Dins el nostre cos hi trobem una fàbrica que ha signat un contracte vitalici. Funciona de dilluns a diumenge, les 24 hores del dia i els 365 dies de l’any. Segueix uns controls de qualitat estrictes i no es pot permetre baixar el ritme. A vegades ha d’adaptar-se als esdeveniments de l’exterior i reforçar algunes línies de producció. Altres vegades la producció és insuficient o té problemes de qualitat i es necessita l’ajuda d’altres fàbriques per mantenir la nostra en peu. Fins i tot pot arribar a caldre prendre mesures dràstiques i enderrocar-la i tornar-la a construir des dels fonaments. Us parlo de la fàbrica de la sang: la medul·la òssia. 

Un bé essencial 

La medul·la òssia produeix un bé molt preuat: la sang. La sang es compon d’un conjunt de cèl·lules en suspensió en una matriu extracel·lular líquida, el plasma. El cor bombeja la sang per una xarxa d’artèries, venes i capil·lars que asseguren que arribi a tots els racons del nostre cos. 

La llista de funcions vitals que té la sang és immensa. Transporta oxigen, nutrients i hormones cap als òrgans i en retorna les substàncies de rebuig que han de ser excretades. Regula la temperatura corporal distribuint calor per tot el cos. A més, té una funció defensiva essencial per defensar el cos davant les infeccions. 

La vida de les cèl·lules de la sang és limitada i cal assegurar-ne una renovació constant. També cal poder recuperar el volum de sang normal en cas de perdre’n una part, com en una donació de sang o en un accident. 

Per aquesta raó disposem d’una maquinària ben coordinada i un estoc constant de material que ens permeten mantenir la producció de sang al llarg de tota la vida. 

La matèria primera 

Com a tota fàbrica, és essencial disposar d’una matèria primera de qualitat. La matèria primera per la fabricació de la sang són unes cèl·lules pràcticament immortals: les cèl·lules mare hematopoètiques. Són cèl·lules mare multipotents, el que significa que són capaces d’autorenovar-se i de donar lloc a cèl·lules diferenciades de diferents llinatges. En el cas de les cèl·lules mare hematopoètiques aquests llinatges seran els glòbuls vermells, glòbuls blancs, plaquetes, etc. 

El seu valor és molt elevat, perquè naixem amb tot l’estoc de cèl·lules mare que haurà de sostenir aquest procés durant tota la vida. 

L’objectiu de la fàbrica és poder transformar aquestes cèl·lules mare en tots els tipus de productes diferents, que són els diferents components de la sang. Els productes finals inclouen, entre d’altres, els glòbuls vermells, que transporten oxigen i diòxid de carboni, les plaquetes, essencials per la coagulació, i els limfòcits, que permeten defensar l’organisme de les infeccions.

L’estructura de la fàbrica

La fàbrica de la sang, la medul·la òssia, es localitza a l’interior dels ossos. Alguns ossos del nostre organisme, com la pelvis, el fèmur, l’estèrnum, les costelles i les vèrtebres, tenen una estructura interna que anomenem trabècules. Les trabècules són petites columnes buides que donen a l’os un aspecte d’esponja. Dins aquestes trabècules hi trobem la medul·la òssia i abundants vasos sanguinis que transportaran les cèl·lules creades a la medul·la òssia cap a la resta del cos (Figura 1). 

Com hem explicat, és essencial preservar la població de cèl·lules mare per tal d’assegurar que continuaran funcionant durant tota la vida. L’ambient a la medul·la òssia, baix en oxigen, les fa entrar en un estat que anomenem quiescència. La quiescència és molt semblant a l’estat d’hibernació, on les cèl·lules baixen al màxim l’activitat i el metabolisme per tal d’aguantar períodes de temps llargs. 

Curiosament, és comú confondre els conceptes de medul·la òssia i medul·la espinal. El significat de medul·la és “a l’interior” o “al nucli” i en els dos casos parlem de coses que es troben a l’interior d’alguna estructura. La medul·la espinal és un conjunt de nervis que es troba dins la columna vertebral i connecta el cervell amb la resta del cos. És una autopista d’informació que distribueix i retorna la informació des de i cap al cervell. Com hem explicat, la medul·la òssia és un teixit esponjós que trobem a l’interior dels ossos i que té com a funció la producció de les cèl·lules sanguínies. Per tant, tot i que les paraules s’assemblin, són conceptes molt diferents. De fet, en alguns ossos com les vèrtebres coexisteixen la medul·la òssia i l’espinal (Figura 2). 

La cadena de producció 

Del grec hemato (sang) i poesi (creació), el terme hematopoesi descriu el procés de producció, maduració i pas a la sang de les cèl·lules de la sang i immunitàries.

Si ens imaginem, per exemple, una fàbrica de mobles, hi trobaríem diferents línies de muntatge que permetrien arribar als diferents productes finals, com una cadira, una taula o una calaixera. Lògicament, totes les línies comencen de la mateixa matèria primera: la fusta. De fet, és probable que els passos inicials de producció siguin els mateixos entre una línia de muntatge i una altra. 

En el cas de la nostra fàbrica de muntatge, la cadena de producció són les vies de diferenciació cel·lular, que aconsegueixen transformar les cèl·lules mare hematopoètiques en diversos tipus de cèl·lules sanguínies diferenciades. Un eritròcit, una plaqueta o un neutròfil tindran el mateix origen, però són productes amb una forma i funció molt diferents (Figura 3). 

No necessitem la mateixa quantitat de tots els tipus cel·lulars al nostre cos, i per aquesta raó hi ha línies de producció que són més actives que algunes altres. De fet, en cas que passi algun esdeveniment que posi la fàbrica en alerta, com per exemple una infecció, la producció s’ajusta per assegurar que hi hagi prou cèl·lules immunitàries per poder combatre aquesta infecció.

Reformes estructurals

Com a tota fàbrica, ocasionalment alguns dels productes poden sortir defectuosos. De fet, amb l’edat, és comú tenir desequilibris en la producció de la sang. A vegades, algunes mutacions poden causar un augment descontrolat de la producció d’un dels tipus cel·lulars, com en el cas de la leucèmia. 

En casos extrems, cal prendre mesures radicals i començar de zero. Parlem dels trasplantaments de progenitors hematopoètics, també coneguts com a trasplantaments de medul·la òssia. Per centenars de persones amb malalties hematològiques, són l’única opció curativa disponible.

Aquests poden ser autòlegs (on el donant és el mateix pacient) o al·logènics (on el donant és una altra persona). Els trasplantaments autòlegs són logísticament més senzills i tenen menys probabilitats de donar efectes secundaris greus. Tot i això, en alguns casos no és possible fer-los d’aquesta manera i cal buscar un donant compatible. Entenem com a compatible que la persona tingui unes cèl·lules el màxim compatibles amb les del receptor per tal de minimitzar les probabilitats que el cos no les reconegui com a pròpies.

Per saber-ne més: la donació de medul·la òssia 

El Registre Espanyol de Donants de Medul·la Òssia (REDMO) gestiona la base de dades de donants disponibles de medul·la òssia a Espanya i la coordinació del transport de la sang, medul·la òssia i sang de cordó umbilical a l’hospital del pacient receptor. Està coordinat per la Fundació Josep Carreras. La seva tasca se centra a trobar donants compatibles per aquells pacients que necessiten un trasplantament al·logènic i no tenen un donant familiar compatible. Es calcula que són 3 de cada 4 pacients. A més, el REDMO es coordina amb més de 100 registres de donants arreu del món per augmentar al màxim les probabilitats de trobar un donant compatible per cada malalt que espera un trasplantament. 

La donació de medul·la òssia és un procés indolor i poc invasiu. En la majoria de casos es fa efectiva amb una donació de sang perifèrica, que s’extreu per afèresi després d’estimular la migració de les cèl·lules mare de la medul·la cap a la sang. En d’altres casos, s’extreu directament la medul·la òssia mitjançant la punció de la cresta ilíaca (l’os del maluc) sota anestèsia general. En tots els casos la fracció donada es regenera al 100% després de la donació.

En termes generals, qualsevol persona d’entre 18 i 40 anys pot inscriure’s com a donant al REDMO. Ara que ja coneixes què és la medul·la òssia i com funciona, t’animem a fer-te donant de medul·la òssia. Pots trobar més informació a: https://fcarreras.org/ca/donacio-de-medulla-ossia/la-donacio-de-medulla-ossia/ 

Sobre l’autora: Júlia Viladevall Sánchez 

Graduada en Ciències Biomèdiques (UB) i del màster en Biologia de les Cèl·lules Mare (Universitat de Cambridge). Actualment soc estudiant de doctorat en Hematologia a la Universitat de Cambridge, on investigo el comportament de les cèl·lules mare de la sang durant el desenvolupament embrionari. Crec fermament en la importància d’apropar la ciència a la societat i de fomentar les vocacions científiques en infants i joves. Per això sempre que puc aporto el meu granet de sorra a la divulgació científica en català.

Imatges: Portada: Unsplash.com, lliure de drets. Figures 1 i 2: Generades amb Biorender. Figura 3: Generada amb Canva.com

Revisors: Pau Clavell Revelles, Mar Barrantes Cepas, 

The post La fàbrica de la sang: La Medul·la Òssia appeared first on Ciència Oberta.

Els deserts amaguen grans misteris. Els seus esperits es manifesten des de temps immemorials. Marco Polo, en els seus viatges a través de la Ruta de la Seda, en va ser testimoni. El mercader venecià descrivia com “les dunes de vegades canten omplint l’aire amb els sons de tota mena d’instruments musicals”. Lluny del desert del Gobi, a les costes xilenes, també Charles Darwin recollia en el seu Viatge del Beagle el testimoni dels sons emesos pel turó d’El Bramador. Fins i tot prop de casa nostra, al Sàhara, els beduïns parlen del soroll dels djinns, esperits que vaguen pel desert.

Però, què causa aquests sons? És el vent en passar per les dunes? O són realment els esperits del desert? Des del segle XIX, la física ha intentat explicar aquest cant, sense arribar a una resposta clara. La branca que s’encarrega d’estudiar aquests fenòmens és una de les grans desconegudes, fins i tot a les mateixes facultats. Parlem de la física dels medis granulars.

Un gra no fa graner, però ajuda

Els medis o materials granulars són conjunts de partícules sòlides suficientment grans com per a que només interaccionen mitjançant la força de fricció. Per exemple, en un pot de llentilles, cadascuna és una partícula independent que en xocar o lliscar contra una altra, experimenta una resistència mecànica però no s’hi enganxa ni s’hi veu atreta des de lluny, com sí que passaria amb partícules molt més petites que poden unir-se a través d’enllaços químics. Lluny de ser un sistema avorrit, el comportament col·lectiu d’aquests materials presenta conductes semblants als sòlids, als líquids o als gasos en funció de les forces a què està sotmès. 

Exemples de medis granulars serien els grans de cereal, la neu o la sorra, la protagonista d’aquest article. En el cas de la neu, un dels fenòmens més coneguts serien les allaus, que flueixen muntanya avall de manera similar a com ho faria un líquid. 

Pel que fa a la sorra, la primera cosa que ens hem de preguntar és com es formen les dunes. El vent arrossega els grans de sorra, que xoquen amb la superfície i acaben dipositant-se a sobre. Qualsevol inhomogeneïtat en el terreny provocarà que es comencen a acumular més grans en piles, mentre que darrere d’aquestes no en cauran. Aquest mecanisme explica com es formen les arrugues que observem a la Figura 2, però també les dunes. De fet, podem distingir la cara de la duna on bufa el vent, ja que és on es troben aquests patrons, i la cara resguardada, molt més llisa. 

Aquest mecanisme també és objecte d’estudi, perquè el vent arrossega la sorra i modela la duna, però la duna també modifica el flux del vent. Per tant, aquesta interacció no és trivial, i dona lloc a diferents formes de dunes. Per exemple, en la imatge 2, l’acumulació de sorra al cim provocarà una allau quan el pendent tinga un angle d’uns 35°. Aquest angle depèn de la força de fricció, en concret del coeficient de fricció estàtica.

Ja arribem a la part que canten

La sorra pot emetre diferents sons, que podem classificar en cants i grinyols. Tot i que ens centrarem els cants, val la pena mencionar que hi ha platges arreu del món on, cada cop que peguem una passa, se sent una espècie de lladruc de gos menut, un so curt i agut, vora als 1000 Hertz (Hz).

Perquè açò succeïsca, els grans han de tenir certes característiques. No han de tenir gens d’humitat, han de ser de la mateixa mida i han de tenir la mateixa forma, rodona i polida. A més, han de contenir un percentatge elevat de quars. D’aquesta manera, quan xafem aquesta sorra tan seca, els grans freguen entre si, com si es tractara de bales de vidre, tal com es mostra en el vídeo a continuació. Aquesta fricció tangencial entre dues superfícies, és a dir, fregant l’una sobre l’altra, s’anomena esforç de cisallament.

A punt de solfa

Breu incís per a aclarir alguns conceptes sobre acústica. En primer lloc, el com d’agut o de greu és un so ve descrit per la freqüència, mesurada en Hertzs  (efectivament, la música tampoc s’escapa de les matemàtiques). Quan parlem, solem estar entre els 100 i els 250 Hz. El volum, per contra, està definit per la intensitat o, en unitats que ens són més habituals, per la sensació sonora, mesurada en decibels (dB). Una conversa està entorn 60dB, mentre que a partir dels 100 dB trobem els clàxons o les motoserres.

Ara bé, què és exactament el so? Tal com s’il·lustra en la Figura 4, el so és una ona que es propaga a través d’un medi, en aquest cas l’aire, fent que es comprimisquen periòdicament les molècules que el conformen. Aquestes compressions es corresponen amb els pics de l’ona, mentre que les valls s’anomenen rarefaccions. El que oscil·la en aquesta ona és la pressió, que arriba a les nostres orelles, on tenim una maquinària que la converteix en impulsos nerviosos perquè el cervell interprete els sons. 

L’amplitud de l’ona està relacionada amb el volum, mentre que la separació entre crestes té a veure amb la freqüència. De fet, els Hz mesuren quants pics se succeeixen en un segon.

Ara sí, de veritat, les dunes cantores

Per fi estem preparats per a entendre que està passant perquè les dunes canten. Les condicions són semblants a les dels grinyols: els grans no han de tenir gens d’humitat, i han de ser de la mateixa mida, entre uns 0,1 i 0,5 mm de diàmetre. Quan el pendent és massa gran, o quan bufa el vent, es desencadena una allau, i la duna emet un so entre els 70 i els 150 Hz que arriba al 105 dB, de manera que es pot a arribar a sentir a 10 km de distància. 

Aquesta nota gutural és independent de la mida de la duna, però depèn de forma inversament proporcional a la mida dels grans de sorra. Com més grans siguen, més greu sonarà, tal com va observar un grup de recerca francés. Van recórrer diferents deserts i va recollir mostres de sorra, amb el diàmetre característic de cada regió, per després provocar allaus al laboratori. Van veure que com més uniforme era la mida dels grans, més pura era la freqüència, és a dir, més semblant al to d’un diapasó. A banda, van ser capaços d’aconseguir que cantaren sense necessitat de l’estructura en si. Llavors, quin és el mecanisme que hi ha darrere?

Les dunes estan formades per capes, com les cebes o els ogres. Quan comença l’allau, els grans de la capa superior colpegen els grans de la capa subjacent a un cert ritme (siga al desert o al laboratori). En última instància, el ritme o freqüència de les col·lisions depèn de la velocitat de l’allau. 

Aquestes col·lisions fan que la capa de baix, el llit de la duna, vibre, com si es tractara d’un altaveu. Aquesta vibració, al mateix temps, influeix sobre les capes superiors que s’estan escorrent. El resultat d’aquesta retroacció és que se sincronitza el moviment dels grans de sorra i es fixa una freqüència de vibració, que es propagarà a través de l’aire com una ona sonora.

Però resta saber com funciona exactament aquesta sincronització. De fet, la divergència d’opinions per a donar explicació a aquest mecanisme va fer que els investigadors francesos mencionats abans trencaren el grup i es deixaren de parlar. Com us podeu imaginar, el món de les dunes cantores no és el camp més prolífic de la ciència, de forma que ignorar-se mútuament demanava un esforç substancial.

Mentre que part del grup apostava per aquest bloqueig del mode de propagació de l’ona a causa de la retroacció entre capes, altres recorrien al fenomen de la ressonància, el mateix pel qual es regeixen els instruments musicals. En aquests, hi ha un acoblament entre una excitació, com pot ser fregar l’arc d’un violí, i la ressonància, és a dir, la freqüència característica de la corda. Així, la inestabilitat generada per l’energia friccional de l’arc es transforma en energia vibracional a una freqüència determinada.

Grups americans també apunten al fenomen de la ressonància, però van més enllà, assenyalant la importància de l’estructura en capes de la duna. Aquesta actuaria com a guia per a l’ona, una estructura que permet minimitzar les pèrdues d’energia, i com a cavitat ressonant. És a dir, la duna faria el paper del cos del violí. Amb aquesta teoria, són capaços d’explicar les diferents ones produïdes en funció de quina capa es mou, superficial o interna, però no explica per què es poden generar al laboratori.

Lisan al Gaib

Arribats a aquest punt, cal preguntar-nos per què el desert sona exactament com esperaríem que sonara el desert. Conscientment o inconscientment, aquestes freqüències formen part del nostre imaginari quan evoquem l’aire místic induït pels paisatges àrids i inabastables. Un dels responsables és ni més ni menys que l’exteclista de Mecano, Hans Zimmer.

Entre les moltes bandes sonores que ha compost, una de les més recents és Dune, l’adaptació del llibre de Frank Herbert. Si ens fixem en les melodies que acompanyen als plànols generals de la inhòspita Arrakis, podrem identificar una freqüència constant entorn dels 70 Hz, molt similar a les mesurades pel grup francés.

Ja per acabar

Tot i que no tenim una explicació clara, els misteris del desert ja no ens resulten tan insondables. No per això el coneixement li resta espectacularitat a aquest fenomen natural, que encara és tan impressionant com li deguera resultar als viatgers de fa centenars d’anys. També voldria destacar aquest cas com un exemple interessant que la ciència la fan persones, amb els seus contextos i els seus egos. No sempre és un ambient col·laboratiu ni es dona un debat sa, fins i tot dins d’un mateix grup. Per això, cal tindre present que més enllà de noms propis, el desert continuarà cantant per milers d’anys, aliè.

Per saber-ne més

Wikipedia – Dunas cantoras

Physics World – The troubled song of the sand dunes

Viquipèdia – Matèria granular

Sobre l’autor: Mikel Ocio Moliner

Nascut i criat al sud del Sénia, vaig estudiar Física a la UV, més per no complicar-me triant carrera científica que per vocació. M’interessen els fenòmens complexos en què convergeixen diferents disciplines, raó per la qual vaig acabar en el món de la biofísica. Espero apropar-vos la ciència que hi ha darrere d’històries quotidianes.

Referències

Andreotti, B. (2004). The song of dunes as a wave-particle mode locking. Physical Review Letters, 93(23), 238001.

Bonneau, L., Andreotti, B., & Clement, E. (2006). Surface elastic waves in granular media under gravity. arXiv preprint cond-mat/0601584.

Cannarsa, P., & Vita, S. F. (2024). Sandpiles and Dunes: Mathematical Models for Granular Matter. SIAM Review, 66(4), 751-777.

Douady, S., Manning, A., Hersen, P., Elbelrhiti, H., Protière, S., Daerr, A., & Kabbachi, B. (2006). Song of the dunes as a self-synchronized instrument. Physical Review Letters, 97(1), 018002.

Dutta, K. (2015). Singing Sand Dunes: The Spontaneous Acoustic Emission from Granular Shear Flow. Open Access Library Journal, 2(09), 1.

Vriend, N. M., Hunt, M. L., & Clayton, R. W. (2015). Linear and nonlinear wave propagation in booming sand dunes. Physics of Fluids, 27(10).

Imatge de portada extreta de Jasmine Nears, CC BY-SA 4.0 

Revisors: Nil Salvat Rovira, Mar Barrantes Cepas, Victor Naharro Oriol 

The post La cançó del desert appeared first on Ciència Oberta.

Aquests últims anys la paraula “virus” ha ressonat i impactat en les nostres vides d’una manera més que notable, però què sabem realment sobre els virus? Quant temps fa que estan entre nosaltres? Són els nostres enemics? Tantes són les preguntes que ens podem arribar a fer sobre aquests patògens microscòpics que és difícil saber per on començar. Per intentar resoldre’n alguna us explicaré una història, la història de com els virus podrien salvar-nos la vida.

Possibles aliats en la foscor

No hi ha dubte que la percepció tant per part de la població com de la comunitat científica cap als virus ha estat sempre associada a males notícies, però a començaments del segle XX una petita guspira va iniciar el canvi de paradigma amb el descobriment dels bacteriòfags.

Els bacteriòfags son virus que infecten i es repliquen en bacteris, uns dels nostres altres grans enemics microscòpics, que van ser descoberts pel microbiòleg francès Félix d’Hérelle. L’estructura dels bacteriòfags està composta per una càpsida proteica, que conté el seu material genètic, unida a una cua que acaba en una estructura que fan servir per unir-se a la superfície del bacteri i que anomenem aparell d’adsorció.

D’Hérelle va proposar la teràpia amb bacteriòfags per tractar infeccions bacterianes humanes i animals durant la Primera Guerra Mundial. Tanmateix, la reticència occidental davant l’enfocament de la teràpia proposada pel microbiòleg i el posterior descobriment dels antibiòtics van provocar que la recerca sobre els bacteriofags s’allunyés del camí que ell havia plantejat.

Els antibiòtics van suposar un abans i un després per al control de les malalties infeccioses, ja que gràcies a la seva implementació com a tractament antibacterià s’han salvat milions de vides. Actualment, ens trobem en un període d’elevada amenaça davant els bacteris resistents als antibiòtics. Tot i que la resistència als antibiòtics en bacteris humans existia prèviament al descobriment d’aquests fàrmacs, la seva prevalença era baixa. En l’actualitat la situació és molt diferent i ja parlem de 4,7 milions de morts el 2021, i es calcula que aquesta xifra ascendiria als 8,2 milions el 2050.

Ens espera un futur desprotegit de les infeccions bacterianes?

Aquells que ens dediquem a la virologia, de manera paradoxal, ens sentim atrets pels secrets que s’amaguen en el cicle viral d’aquests organismes. Ha estat aquesta fascinació pel funcionament detallat dels virus la que ha permès descobrir el seu potencial terapèutic, sovint ocult rere la percepció negativa que se’n té. Els bacteriòfags són un clar exemple d’aquest potencial terapèutic.

Els virus són agents infecciosos acel·lulars que utilitzen la maquinària molecular dels organismes que infecten per poder replicar-se i així continuar infectant altres organismes successivament. Els virus que infecten els bacteris són els bacteriòfags, que han coevolucionat amb ells durant gairebé 4.000 milions d’anys. A causa d’això, sabem que cada bacteriòfag presenta un rang d’hostes concrets que pot atacar, el qual pot ser ampli (pot infectar moltes espècies dins d’un gènere bacterià i, de vegades, en diferents gèneres) o més restringit (pot infectar només un o un petit nombre d’aïllats dins d’una espècie bacteriana). 

També és important destacar que els bacteriòfags són els organismes més abundants del planeta, per la qual cosa hi ha un ventall molt ampli de varietat. Es localitzen de manera natural en pràcticament qualsevol nínxol del planeta on es trobin bacteris; per exemple el sòl, l’aigua i una gran varietat de productes alimentaris.

Per tal de poder eliminar els bacteris, els bacteriòfags s’adhereixen a la superfície bacteriana mitjançant el seu aparell d’adsorció per poder introduir el seu material genètic en l’interior del bacteri. Gràcies a les eines moleculars del bacteri hoste, se sintetitzaran les proteïnes i el material genètic necessaris per a la producció de nous bacteriòfags que ocasionaran la lisi del bacteri, és a dir, la seva destrucció.

Una de les vies de recerca per aconseguir un bacteriòfag que compleixi amb els nostres interessos, és a dir, que infecti selectivament al bacteri al qual es vol atacar, es podria comparar amb la recerca d’un tresor, ja que es realitza mostreig en aigües, sòl, fang i superfícies biòtiques.

En cas que no disposem de cap bacteriòfag capaç de combatre un bacteri concret existeixen alternatives com l’evolució dirigida per facilitar el desenvolupament d’un bacteriòfag especialitzat contra un bacteri, o directament la creació sintètica de nous bacteriòfags.

La teràpia amb bacteriòfags ha experimentat un creixement considerable en la seva possible aplicació clínica, amb un augment dels assaigs clínics actius en els últims anys, especialment des de l’inici de 2020. Els programes de teràpia amb bacteriòfags estan establerts als Estats Units, Bèlgica, França, Suècia, així com a la República de Geòrgia i Polònia, i han tingut èxit en el desenvolupament de protocols estàndard per a la seva aplicació terapèutica. 

Tot i que els bacteriòfags es consideren generalment ben tolerats en humans i animals, la seva administració presenta certs reptes segons la via de distribució, com és el cas de les infeccions entèriques o pulmonars, que requereixen formulacions específiques per assegurar la seva viabilitat i estabilitat. Així doncs, la recerca actual se centra en l’optimització de l’administració de bacteriòfags, incloent-hi la seva combinació amb antibiòtics per aconseguir un tractament més eficaç, especialment en infeccions resistents als antibiòtics.

Ja per acabar…

L’ús de bacteriòfags com a teràpia encara continua en fase d’estudi, ja que són moltes les variables a tenir en compte per a la seva aprovació com a tractament. Malgrat això, actualment es permet la seva aplicació com a teràpia per a ús compassiu en pacients amb qui les opcions de tractament amb antibiòtics han fallat, mostrant resultats molt prometedors. L’objectiu de la teràpia amb bacteriòfags no és desbancar als antibiòtics de la seva posició, sinó fer-los servir d’aliats contra els bacteris, com a tractament complementari.

Aquest és només un dels casos en què els virus, actualment, s’estan utilitzant com a eina a favor nostre per abordar problemes biomèdics. Igual que quan parlem de literatura no podem jutjar un llibre per la seva portada, en biociència no tot és el que sembla; un enfocament creatiu podria ser la clau per fer servir els nostres coneixements, així com els recursos que ens ha ofert l’evolució, en el nostre benefici.

Per saber-ne més

Vall d’Hebron Institut de Recerca (VHIR) – Un estudi amb participació de Vall d’Hebron demostra la seguretat de la teràpia amb virus per combatre bacteris multiresistents

Ciència Oberta –  Virus contra bacteris: els bacteriòfags

Ciència Oberta –  La fagoteràpia: el tractament soviètic oblidat

Nature – Positive and negative aspects of bacteriophages and their immense role in the food chain

Núvol – Els investigadors no tenen capacitat de pressió social

Sobre l’autora: Laura Arribas Ruscalleda

Graduada en Biologia a la UAB i actualment realitzant la tesi doctoral en Biomedicina a Les Palmes de Gran Canària. La meva vocació investigadora es centra en l’àmbit de la virologia, ja que sempre m’he sentit profundament intrigada a destapar les incògnites que s’amaguen en la biologia viral.

A part de la meva devoció pels virus, em considero una eterna defensora de la divulgació científica, que he promogut participant en La Marató de 3Cat 2023, coordinant els seminaris pre/postdoctorals del meu centre d’investigació i cofundant una compte d’Instagram de divulgació centrada en la virologia (@virologicas), focalitzada a compartir coneixements de virologia amb un llenguatge planer per poder salvar l’escletxa entre els articles científics i una població no tan especialitzada.

• LinkedIn
• Instagram
• Instagram

Referències

[1] Taylor, M. (2014). Viruses and Man: A History of Interactions. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-07758-1_1 
[2] Guzmán, M. (2015). El bacteriófago, cien años de hallazgos trascendentales. Biomédica, 35(2), 159–161. https://doi.org/10.7705/biomedica.v35i2.2359 
[3] Chanishvili, N. (2014). Phage Therapy—History from Twort and d’Herelle Through Soviet Experience to Current Approaches. In Advances in Virus Research (Vol. 83, pp. 3–40). Academic Press. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394438-2.00001-3
[4] Naghavi, M., et al. (2023). Global burden of bacterial antimicrobial resistance 1990–2021: A systematic analysis with forecasts to 2050. The Lancet, 404(10459), 1199–1226. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(23)01329-7 
[5] Hendrix, R. (2002). Bacteriophages: Evolution of the Majority. Theoretical Population Biology, 61(4), 471–480. https://doi.org/10.1006/tpbi.2002.1590
[6] Hendrix, R. (1999). Evolution: The long evolutionary reach of viruses. Current Biology, 9(19), 914–917. https://doi.org/10.1016/S0960-9822(00)80103-7
[7] Glonti, T., & Pirnay, J.-P. (2022). In Vitro Techniques and Measurements of Phage Characteristics That Are Important for Phage Therapy Success. Viruses, 14(7), 1490. https://doi.org/10.3390/v14071490
[8] Dedrick, R., Smith, B., Cristinziano, M., Freeman, K., Jacobs-Sera, D., Belessis, Y., … Hatfull, G. (2023). Phage Therapy of Mycobacterium Infections: Compassionate Use of Phages in 20 Patients With Drug-Resistant Mycobacterial Disease. Clinical Infectious Diseases, 76(1), 103–112. https://doi.org/10.1093/cid/ciac453
[9] Little, J., Dedrick, R., Freeman, K., et al. (2022). Bacteriophage treatment of disseminated cutaneous Mycobacterium chelonae infection. Nature Communications, 13, Article 1690. https://doi.org/10.1038/s41467-022-29689-4
[10] Strathdee, Steffanie A. et al. (2023) Phage therapy: From biological mechanisms to future directions. Cell, Volume 186, Issue 1, 17 – 31. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.11.017 

Imatge 2: Extreta de “Global burden of bacterial antimicrobial resistance 1990–2021: a systematic analysis with forecasts to 2050”. Naghavi, Mohsen et al. The Lancet, Volume 404, Issue 10459, 1199 – 1226 https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(24)01867-1

Revisors: Pau Clavell Revelles, Mar Barrantes Cepas, Victor Naharro Oriol 

The post Bacteriòfags – Virus com a eines terapèutiques appeared first on Ciència Oberta.

T’has fixat mai que la sirena d’una ambulància sona més greu quan s’allunya de tu que quan s’apropa? Doncs et sorprendrà saber que, gràcies a entendre per què passa això, vam poder descobrir que el nostre univers no para de créixer!

Les ones

No podem començar a parlar d’astrofísica sense abans parlar de les ones. Per fer-ne una descripció senzilla, una ona és una propagació en l’espai-temps que ha de ser periòdica, és a dir, ha d’estar composta per cicles que es van repetint tota l’estona, com si fossin rajoles col·locades a terra formant un patró regular.

A la longitud d’un d’aquests cicles li diem longitud d’ona, i a la durada de cada un li diem període. De la mateixa manera, també podem calcular quants cicles es donen en un sol segon, la qual cosa s’anomena freqüència. Com és lògic, quan una ona té una longitud d’ona petita, hi caben moltes ones en un segon i, per tant, direm que té una freqüència gran.

El so i el moviment

Hi ha dos components que tenen un paper protagonista en la propagació d’una ona: l’emissor i el receptor. Si l’emissor està quiet i situem dos receptors a la mateixa distància d’aquest, l’ona els arriba exactament igual als dos, ja que es troben en posicions simètriques. En canvi, quan l’emissor s’està movent respecte als receptors, es dona un fet molt interessant: les ones que arriben al receptor al qual s’apropa estan “comprimides”, mentre que les que li arriben a l’altre es troben “estirades”. Aquest fenomen és conegut com l’efecte Doppler.

Si l’emissor s’apropa, les ones que va enviant cada cop estan a menys distància entre elles, es van acumulant a l’espai, fent que la freqüència augmenti. Si s’allunya, la distància entre ones és més gran i, per tant, la freqüència disminueix.

En el cas del so, ho podem veure amb un exemple molt comú: la sirena d’una ambulància. Quan s’acosta a nosaltres, sentim el so més agut, mentre que quan s’allunya, el so es fa més greu.

A la figura 1 podem veure clarament que quan l’ambulància està aturada respecte dels observadors, l’ona del so de la sirena arriba exactament igual a les dues persones i, per tant, l’escoltaran amb la mateixa freqüència. En canvi, quan s’està apropant a l’observador de la dreta, les ones que rep aquest arriben amb més freqüència que les que rep el de l’esquerra, cosa que fa que el de la dreta senti el so més agut.

D’altra banda, des del punt de vista de la persona de l’esquerra, l’ambulància s’està allunyant d’ella i, per tant, les ones li arribaran amb menys freqüència, és a dir, un so més greu.

La llum i el so no són tant diferents

Com va explicar molt bé la Mar al seu reportatge sobre imatges per al diagnòstic mèdic, la llum també és un tipus d’ona, així com el so. Concretament, és una ona de tipus electromagnètic. L’espectre de la llum va des de les ones de ràdio (les menys energètiques, ja que tenen una freqüència petita) fins als raigs gamma (els més energètics, amb una alta freqüència), i en podríem destacar l’espectre visible, la regió en la qual podem distingir els colors.

En tractar-se d’una ona, la llum (així com el so de l’ambulància) també pateix l’efecte Doppler: teòricament, si tinguéssim una llanterna de color vermell i ens apropéssim a una velocitat extremadament alta a un company nostre, aquest (a part d’espantar-se) veuria que la llum es torna d’un color més taronja, ja que la llum que li arribaria tindria una major freqüència. De la mateixa forma, si ens allunyéssim amb una llanterna de color blau, la veuria més verda.

Univers en expansió

Durant els anys vint del segle passat, astrònoms com Edwin Hubble van estudiar com era la llum que ens arribava d’unes determinades estrelles. El que van trobar és que aquesta llum estava desplaçada cap al vermell i, per tant, que s’estaven allunyant de nosaltres.

I no només això, sinó que la llum que ens arriba de les estrelles més llunyanes està cada vegada més desplaçada cap al vermell, és a dir, s’estan allunyant a una velocitat major que les estrelles més properes. És així com es va descobrir que com més lluny es troba una estrella, més ràpid s’allunya de la Terra.

A més, si tenim en compte que el nostre planeta no és el centre de l’Univers, sinó que observaríem el mateix efecte des de qualsevol altre punt, l’única possibilitat que queda per explicar aquest fenomen d’“envermelliment” (més conegut com a desplaçament al vermell) és que el nostre univers s’està expandint en totes les direccions.

Com també es va veure que la velocitat a la que s’expandeix no és constant, ja que les estrelles més llunyanes s’allunyen més ràpidament, aquesta expansió és accelerada. Sabem que cada cop l’Univers s’expandeix més de pressa, però encara no sabem per què, ni tampoc està clar si continuarà d’aquesta forma eternament.

Ja per acabar…

En poques paraules, hi ha molts misteris encara per descobrir pel que respecta al funcionament i a la composició de l’Univers, però gràcies a fenòmens com l’efecte Doppler hem pogut fer nous descobriments que ens obren camins d’investigació molt interessants. Ja veurem cap a on ens porten.

Com a curiositat, l’efecte Doppler no només és útil en la recerca d’astronomia, sinó que de fet té aplicacions molt diverses. Entre d’altres, serveix per als sistemes de navegació marítima i aèria, es fa servir per controlar la velocitat dels vehicles i en medicina s’utilitza per fer certs tipus de radiografies. És a dir, en certa manera, podem dir que l’efecte Doppler fins i tot salva vides!

Per saber-ne més

Gott würfelt – Von der Rotverschiebung zur Urknalltheorie (del desplaçament al vermell a la teoria del Big Bang)

O Universo –  Redshift

LEIFIphysik –  Corrimiento al rojo cosmológico

Sobre l’autora: Laura Barrero Pastor

Com de petita mai vaig superar la fase de preguntar el perquè de tot, estic estudiant Física a la Universitat Autònoma de Barcelona. El que més m’agrada d’aquesta ciència és que és capaç d’explicar com funciona tot, des de coses infinitament grans (com l’Univers) fins a coses molt molt MOLT (molt!) petites, com les partícules fonamentals. Espero algun dia poder ajudar a omplir els espais buits de coneixement que encara queden a la Física, alhora que transmeto la meva passió per la ciència a tothom que em vulgui sentir parlar.

Referències

https://www.fisicalab.com/apartado/efecto-doppler

https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/corrimiento-rojo-asi-se-esta-expandiendo-universo_21322

https://ciencia.nasa.gov/universo/que-es-la-energia-oscura/

Imatge de portada extreta de Pixabay https://pixabay.com/es/photos/faro-cielo-estrellado-universo-6785763/

1. Creada amb Canva
2. Extreta de https://www.cienciaoberta.cat/imatgesmediques/
3. Extreta de https://www.leifiphysik.de/astronomie/kosmologie/grundwissen/kosmologische-rotverschiebung

Revisors:  Mar Barrantes Cepas, Nil Salvat Rovira i Victor Naharro Oriol

The post Què tenen en comú les ambulàncies i l’expansió de l’Univers? appeared first on Ciència Oberta.

Abans de  descobrir com generar el fred, els aliments frescos es feien malbé ràpidament i  només es podien conservar mitjançant tècniques com la salaó, la fermentació o l’assecament. En descobrir que mantenir els aliments refrigerats allargava la seva durada i permetia consumir-los mesos més tard de l’obtenció sense necessitat d’alterar les seves propietats organolèptiques, els humans van buscar espais frescos, com coves, per emmagatzemar-los i prolongar la seva durabilitat.

Si avui dia encara depenguéssim dels mètodes tradicionals, la vida desenfrenada que duem no seria possible, però, temps enrere, no existia tecnologia capaç d’allargar la vida útil dels aliments sense moure’s de casa.

Molts anys i molta ciència després, van aparèixer les neveres! Els primers aparells funcionaven col·locant un gran bloc de gel a l’interior d’un armari, com ho faríem amb les neveres portàtils que ens enduem a la platja. No va ser fins a l’any 1876 que les neveres van començar a funcionar amb electricitat.

En definitiva, la invenció de la nevera i el congelador va revolucionar la conservació dels aliments, i va permetre allargar la durabilitat dels aliments d’una manera còmoda i pràctica. Aquesta innovació ens ha permès desenvolupar tota mena de productes i reduir les visites al supermercat a dues o tres vegades al mes (comptades en funció del nombre de membres de la família, de la capacitat estomacal de cadascú o del nombre de neveres que es tinguin a casa!).

Per què els aliments es fan malbé?

Els aliments tenen molts nutrients que ens interessen com a humans, però pels quals competim amb altres éssers vius, especialment els més diminuts. Aquests microorganismes com bacteris, fongs i llevats, que inicialment no podem veure a ull nu, s’ho mengen tot i fan malbé el menjar. Cada microorganisme serà més o menys eficient depenent d’algunes condicions, com ara, quins són els nutrients disponibles a l’aliment, si hi ha oxigen o no, la humitat o la temperatura.

Hi ha infinitud de microorganismes i cadascun té necessitats diferents respecte a aquestes condicions. Alguns microorganismes requereixen que hi hagi oxigen per multiplicar-se i en canvi d’altres volen que no n’hi hagi gens. Un altre exemple seria el cas dels fongs, que agraeixen ambients més humits que no pas els bacteris (per això a les fruites que tenen molta aigua sovint hi creixen fongs!).

Per norma general, els microorganismes es multipliquen en un aliment si tenen unes bones condicions i hi estan còmodes. Com més còmodes estiguin, més ràpidament es multiplicaran. Però això no ens interessa gens, perquè quan es multipliquen fan malbé els aliments i ens poden provocar gastroenteritis, malestars i, en alguns casos, la mort. Quan parlem de malmetre els aliments ens referim al fet que els microorganismes metabolitzen els nutrients i en fer-ho produeixen altres substàncies que poden ser-nos desagradables al paladar o fins i tot tòxiques. Algunes d’aquestes substàncies són: gasos (com el CO₂, el metà o l’amoníac), les amines biògenes (com la histamina) o toxines (com les micotoxines produïdes pels fongs).

Si parlem de neveres i congeladors, la condició més important a tenir en compte és la temperatura. Hi ha microorganismes que poden sobreviure a temperatures de congelació i d’altres que, en canvi, moren si els escalfes una mica. 

Quina és la temperatura òptima perquè els microorganismes es multipliquin?

La curiositat i l’observació ens han acostat (primer des de l’empirisme i més tard des d’una base més científica) a poder controlar si volem que els microorganismes es multipliquin en un aliment, o no. En alguns casos, preferirem frenar-los (en un bistec o uns canelons) i en d’altres (com en els productes fermentats –pa, vi, formatges–) afavorirem que es multipliquin ràpidament per aconseguir sabors i olors concrets. 

El cas és que al llarg dels anys hem estudiat quines són les condicions òptimes pel creixement dels microorganismes i fem i desfem una mica com volem amb totes elles per garantir la nostra seguretat (i el nostre gaudi) quan mengem.

Alguns dels factors que afecten la supervivència i proliferació dels microorganismes són la humitat, l’oxigen o la composició dels aliments. Però la que ens dona el major marge de maniobra és la temperatura, i la més idònia perquè els nostres amics es multipliquin és la temperatura ambient. Entre els 20ºC i els 40ºC van que volen! Però, a més, tenen un bon marge de reacció, perquè la majoria dels microorganismes poden multiplicar-se entre els 8ºC i els 10ºC i no moren fins passats els 65ºC! 

Així doncs, què els passa als microorganismes quan són dins la nevera o el congelador? 

Quan arriba el fred d’hivern, els humans ens abriguem i –almenys teòricament– reduïm la nostra activitat. Als microorganismes els passa si fa no fa el mateix. Entre els 5ºC i els 10ºC la seva capacitat de multiplicar-se es redueix dràsticament. I a mesura que baixa la temperatura, cada cop es multipliquen més i més lentament, fins que entren en una mena d’hibernació dins el congelador (a uns -18ºC). Si els microorganismes no es multipliquen, els aliments no es fan malbé i, per tant, es conserven més temps.

Ja per acabar…

Com et deus imaginar, la hibernació no mata els microorganismes. Dins el congelador només aturem la seva activitat, però recuperaran les forces quan la temperatura comenci a pujar altra vegada. Per aquest motiu, és molt important que quan descongelem els aliments ho fem en entorns controlats: dins la nevera o bé utilitzant el microones. No és gens bona idea deixar l’aliment sobre el marbre de la cuina perquè estem proporcionant als microorganismes una temperatura òptima i nutrients a dojo: un festí!

Per saber-ne més

Agència Catalana de Seguretat Alimentària (Gencat) – Consells per emmagatzemar correctament els aliments a la nevera

Agència Catalana de Seguretat Alimentària (Gencat) – Congelació i descongelació dels aliments

Museu Nacional de la Ciència i la Tècnica de Catalunya i Sistema Territorial del MNACTEC – Mètodes de conservació dels aliments

National Geographic – Ice Cellars used for food preservation are melting

Ciència Oberta – Viure sense oxigen

Sobre l’autora: Mireia Burdó Masferrer

Tinc molta curiositat i estic constantment observant el que m’envolta perquè m’agrada poder entendre com funciona el món a tots els nivells. M’interessa especialment apropar la ciència a la gent per què puguin crear un pensament més crític. Sóc Doctora en Ciència dels Aliments i divulgo a xarxes sobre la tecnologia, la microbiologia i la seguretat alimentàries.

Em trobaràs a:

• Instagram
• YouTube
• TikTok
• LinkedIn

Imatges:

Imatge de portada: Creador Álvaro Millán, llicència creative commons BY-ND 2.0

Imatge 1: Elaboració pròpia amb Powerpoint

Imatge 2: Elaboració pròpia amb Powerpoint utilitzant icones de la plataforma Flaticon.

Cita: Burdó Masferrer, Mireia (2025, Gener). Què hi passa dins una nevera? Ciència Oberta, Reportatge, Tecnologia alimentària.

Revisors:  Nil Salvat Rovira, Mar Barrantes Cepas i Víctor Naharro Oriol

The post Què hi passa dins del congelador? appeared first on Ciència Oberta.

Des de Star Trek fins a la porta màgica de Doraemon que tots hem somiat tenir, la idea de teleportar-nos sembla un concepte reservat a la ciència-ficció. La física clàssica ens diu que això és impossible, però la teoria quàntica ens ofereix una perspectiva diferent: sí que es pot teleportar informació, però amb certes limitacions.

Física quàntica en poques paraules

Podem simplificar una de les propietats fonamentals de la física quàntica amb un exemple senzill: una moneda. Aquesta “partícula” té dos estats possibles, cara o creu, i en llançar-la a l’aire sabem que pot caure cara o creu. Abans de mirar-la (o com es diu tècnicament: “mesurar la partícula”), només coneixem que la probabilitat de cada resultat és del 50%. Això és similar a un estat superposat: la moneda es troba en tots dos estats a la vegada fins que la mesurem, moment en què aquest estat col·lapsa en un resultat definit. 

L‘entrellaçament és un altre fenomen de la física quàntica que fa possible la teleportació quàntica. Quan dues partícules estan entrellaçades, els seus estats estan correlacionats de tal manera que el coneixement de l’estat d’una partícula ens dona informació immediata sobre l’estat de l’altra, sense importar la distància que les separi. Podem imaginar aquest fenomen com un “pont invisible” que connecta les dues partícules. Quan una de les partícules és manipulada o mesurada, l’estat de l’altra partícula es veu afectat de manera instantània. Per exemple, si tenim dues monedes de les quals sabem que inicialment tenen el mateix estat (ambdues cara o creu) i les donem a dues persones que no han observat les monedes, l’únic que podem saber d’elles és que, si una és cara, l’altra també ho serà, però l’estat concret de la seva moneda encara pot ser 50% cara o 50% creu. 

Com funciona la teleportació quàntica

Ara que coneixem les propietats de la superposició i l’entrellaçament, podem explicar el procés de teleportació quàntica. Aquesta tècnica no serveix per enviar objectes físics, sinó per transferir l’estat quàntic d’una partícula (com l’estat superposat de la primera imatge anomenat qubit, l’equivalent d’un bit clàssic) d’un lloc a un altre, utilitzant les propietats de la física quàntica. Acompanyeu-me en aquest exemple per il·lustrar-ho millor:

Imaginem que l’Anna està embarassada a la Terra i el seu marit Bernat ha de partir cap a Mart. Abans de separar-se, l’Anna i el Bernat preparen un parell de partícules entrellaçades (una mena de monedes quàntiques) que utilitzaran per transmetre’s informació. Concretament, si l’Anna dona a llum mentre ell és fora, li comunicarà quin és el sexe del nadó. Així, l’Anna es queda amb una d’aquestes partícules, i el Bernat se n’emporta l’altra a Mart. L’entrellaçament crea una connexió quàntica entre les dues partícules, com un fil invisible que uneix els dos destins.

Quan l’Anna finalment dona a llum i vol comunicar-ho al Bernat, ho fa utilitzant una tercera partícula on guarda la informació que vol transmetre (una altra moneda que indica que si és cara és nena i si és creu, nen). Per exemple, en la segona figura veiem un cas en què l’Anna ha tingut un nen i, per tant, col·loca la nova moneda marró en creu. Tot seguit, realitza una mesura conjunta de la seva partícula entrellaçada i de la partícula amb la informació, cosa que provoca que l’estat del sistema total col·lapsi en un resultat definit. Aquesta mesura altera de manera instantània l’estat de la partícula que té el Bernat a Mart, l’entrellaçament es desfà i ambdues partícules esdevenen de manera aleatòria cara amunt. Tot i això, ell desconeix tot el que ha succeït; com pot saber que l’Anna a donat a llum i per tant la seva partícula ja conté el resultat?

Doncs bé, aqui entra la gran contrapartida de la teleportació, perquè el Bernat rebi correctament la informació, l’Anna ha de fer una comunicació clàssica (per exemple, una trucada o un missatge de text) per dir-li que ja li ha enviat i la pot mesurar. Si ell la mesurés sense aquesta informació l’únic que faria seria destruir l’entrellaçament i obtenir un resultat aleatori en les seves partícules entrellaçades. A més, l’Anna durant la trucada li ha de dir si les dues partícules que ha mesurat tenien el mateix estat o estats diferents (en aquest cas diferents ja que la marró és en creu i l’entrellaçada en cara). Així, el Bernat sap que pot mesurar la partícula però que l’ha de girar per a recuperar la informació original. 

Aquest “pont” entre les partícules no transporta informació de manera directa, sinó que permet que els estats de les partícules estiguin coordinats. Aquest és un punt clau: tot i que l’entrellaçament crea una connexió immediata, no es pot utilitzar per transmetre informació més ràpidament que la llum. Per completar el procés de teleportació, encara és necessària una comunicació clàssica.

Avantatges i investigació

Tot i que la teleportació quàntica no és un procés instantani, presenta un avantatge fonamental en termes de seguretat i eficiència en la transmissió d’informació. A diferència de les comunicacions clàssiques, en les quals l’estat de la informació es pot interceptar fàcilment, la teleportació quàntica utilitza les propietats de l’entrellaçament per garantir que la informació transmesa sigui completament segura. Aquesta seguretat es deu al fet que l’única informació que es transmet de manera clàssica és sobre l’estat de correlació, mentre que l’estat original de la informació quàntica mai es revela directament.

A més, hi ha una altra raó per la qual aquesta tecnologia és revolucionària: s’ha demostrat que funciona. Experiments realitzats a laboratoris d’arreu del món han verificat la viabilitat de la teleportació quàntica. Un dels centres més destacats en aquest àmbit és l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), situat a Castelldefels, on s’han dut a terme experiments pioners en teleportació quàntica amb partícules de llum (fotons). Aquests experiments han aconseguit teleportar informació quàntica a distàncies significatives, i han demostrat que la física quàntica pot ser una eina potent per a la comunicació segura i la computació del futur.

Tot i que la velocitat de la llum imposa un límit a la rapidesa amb què es pot completar el procés de teleportació, aquest mètode té el potencial de transformar la manera en què compartim informació en xarxes de comunicació quàntica. Amb els avenços actuals en recerca, com els realitzats a l’ICFO, cada cop estem més a prop de crear una xarxa quàntica similar a l’internet actual, que podria permetre comunicacions ultrasegures.

Ja per acabar… 

Així, tot i que encara no ens podem teleportar com els personatges de ciència-ficció, la física quàntica està revolucionant la forma en què pensem sobre la transmissió d’informació i ens acosta cada cop més a un futur on la teleportació d’estats quàntics sigui una eina quotidiana en el món de les tecnologies de la informació.

Per saber-ne més

Quanta Magazine – Quantum teleportation

Youtube – Quantum Internet

ICFO – Es transmet entrellaçament entre llum i matèria a la xarxa metropolitana de Barcelona

Sobre l’autor: Adrià Labay Mora

Graduat en Física a la Universitat Autònoma de Barcelona i especialitzat en Física Quàntica en el màster a la Universitat Tècnica de Delft. Actualment cursant el doctorat a la Universitat de les Illes Balears en el camp de les memòries quàntiques. Des de sempre fascinat amb les paranoies intrínseques d’aquesta teoria que ha revolucionat les nostres vides. I que, a poc a poc, vaig descobrint fins al punt que espero, algun dia, poder arribar a descobrir “que és ψ?”

Imatges 1 i 2 de font pròpia

Revisors:  Mar Barrantes Cepas, Nil Salvat Rovira i Víctor Naharro Oriol

The post La teleportació, possible? appeared first on Ciència Oberta.

Irònicament, Hawking va escriure això per a un llibre, The Grand Design (amb Leonard Mlodinow), que podríem dir que conté discussions filosòfiques –si més no, posicions que tenen un rerefons filosòfic– sobre temes profunds de la física. Davant d’aquesta postura alguns van titllar-lo de “cientista”. Què implica això? La ciència és la millor eina que tenim per obtenir coneixement? La ciència és l’única manera d’aconseguir-ho?

Una postura polèmica: el cientisme

La ciència, sense cap mena de dubte, és un dels motors més potents que han desenvolupat els humans per entendre el món natural. I això no es pot negar: des dels avenços en física a la comprensió de l’evolució i la biologia molecular –entre altres innumerables aportacions en l’enteniment de la realitat. I moltes vegades aquestes millores en el nostre saber venen acompanyades de millores tecnològiques: ordinadors, fàrmacs, sistemes de comunicació, i un llarg etcètera. 
Negar tot això pot portar-nos directament a postures pseudocientífiques, un perill social molt a l’alça avui dia. Tanmateix, podem pecar justament del contrari: “sobrevalorar” la capacitat de la ciència, una postura anomenada cientisme. Encara que no ho sembli, això no és només perillós tant que menysprea qualsevol altra disciplina –especialment quan la nostra societat té cada cop menys i menys present la importància de les humanitats–, sinó que també pot afectar negativament a la credibilitat de les ciències.

Cientisme, de veritat?

Segons la definició que dona el Gran Diccionari de la llengua catalana el cientisme és:

Terme utilitzat, sovint en forma polèmica, per a designar la doctrina o la tendència derivada del positivisme segons la qual la ciència és capaç de resoldre totes les qüestions que la intel·ligència humana es pot plantejar, àdhuc les considerades tradicionalment com a metafísiques.

És a dir, que la ciència és, ella sola, suficient per donar resposta a tots els interrogants de l’existència. O com a mínim que altres preguntes no científiques són irrellevants. És una tendència que podem observar en alguns divulgadors famosos, com ara Neil deGrasse Tyson (Cosmos) i Bill Nye (The Science Guy) quan menyspreen la importància de la filosofia en la ciència, o Richard Dawkins quan afirma que es pot desmentir l’existència de Déu només amb ciència fent servir arguments que no són científics. 

Aquesta postura es defensa moltes vegades des de cercles més aviat científics (quina sorpresa!). Argumenten que el terme està descontextualitzat i s’empra en contextos pseudocientífics per devaluar tot allò que els critica (“No creus que les vacunes causen autisme? Això és perquè creus tot el que diuen els mitjans controlats pel lobby científic, ets un cientista”, “Que Déu no existeix? Això és cientista…”). Però això no implica que aquesta tendència a sobrevalorar la ciència sigui una postura inexistent.   

Cientisme en acció 

Llavors, com sabem si estem caient en tendències cientistes? Susan Haack, filòsofa de la ciència, ens presenta sis punts a tenir en compte del pensament cientista. 

1. L’ús de la paraula “ciència” i “científic” de forma indiscriminada per validar alguna cosa. 9 de cada 10 dentistes recomanen aquest dentífric pel seu estàndard científic.
2. L’aplicació de terminologia i formes científiques en contextos on no aplica. 
3. Equiparar la ciència al pensament racional i fer que tot allò que no hi entri sigui pseudociència.   
4. Idolatrar El mètode científic com a criteri per a tot. No existeix un únic mètode científic miraculós, sinó una sèrie d’eines i mètodes que evolucionen i varien entre disciplines.
5. Pensar que no hi ha preguntes que van més enllà de la ciència, o que no són importants, quan en realitat hi ha molts temes on el coneixement científic que tenim és nul (i no cal).  
6. La denigració d’activitats no científiques, com ara les humanitats, la filosofia, etc. i titllar-les “d’inútils”. De fet, és contradictori: per defensar això necessites arguments i posicions que van més enllà de les dades científiques (perquè no n’hi ha). 

La ciència és un conjunt de pràctiques epistemològiques i socials amb entramats acadèmics i sistemes de revisió que, encara que de forma millorable, la fan funcionar avui en dia. No sempre ha sigut igual, i com a activitat humana ha evolucionat al llarg de la història. Quan els cientistes pretenen que tot sigui “ciència”, fan que tota la resta de coses del món siguin ignorades o banals. 

Coneixement més enllà de la ciència

Si ens hi parem a pensar, arribarem a la conclusió que el coneixement científic no és l’única forma de coneixement que tenim. Els matemàtics també produeixen coneixement independent de qualsevol descobriment empíric del món material. Per exemple, els triangles són entitats matemàtiques més enllà dels triangles que puguem dibuixar (fins i tot si els dibuixes malament), i el teorema de Pitàgores és veritat sense importar aquests mateixos triangles (encara que no recordis el teorema de Pitàgores). 

Com les matemàtiques, tenim la lògica, amb teoremes que poden demostrar-se certs sense coneixement empíric científic (si A és fals, negar A és veritat). I això sense esmentar coneixements en humanitats: sabem coses sobre períodes històrics, literatura, art… i encara que en aquestes coses pot contribuir-hi la ciència, no és coneixement científic per se. També sabem coses relacionades amb la intuïció i hàbits sense ciència pel mig (la forma més ràpida de fer un transbord a Plaça Catalunya, el comportament d’un amic davant alguna situació, com conduir un cotxe…). 

I la ciència no és superior?

És, però, el millor tipus de coneixement el coneixement científic? Aquesta qüestió és… complicada. Millor segons qui? Millor segons què? Com definim millor i com definim coneixement? Ho tenim en compte segons l’impacte en la societat? Segons el nombre de publicacions o diners invertits? Com ho comparem a altres aportacions no científiques, com ara les arts o els drets laborals? Sigui com sigui, caurem en un biaix quan intentem defensar la superioritat de les ciències respecte a altres tipus de coneixement. 

El coneixement científic ens serveix per aproximar-nos a la realitat del món material. I en això és valuós, és l’eina que tenim i l’eina que ens proporciona coneixement (sempre millorable, és clar). Cada tipus de coneixement és el millor al qual podem aspirar aplicat en el seu propi context.

Així doncs: no, sembla que no té sentit afirmar, així tal qual, que la ciència és l’única i la millor forma que tenim de conèixer. Si bé en aquest cas el cientisme, estrictament parlant, perd el sentit, això no és ni de lluny un argument que es pugui utilitzar en contra de les ciències ni del coneixement que ens donen. És a dir, això no tracta de justificar tot allò que s’autoqualifica “d’alternatiu” per equiparar-lo al coneixement científic, perquè d’entrada no té cap base sòlida.

Ja per acabar…

Podríem pensar que la ciència és ara el bully del coneixement: creient-se millor, volent acaparar tots els espais. Però no sempre ha sigut així. L’any 1959, un químic convertit en escriptor, Charles Percy Snow, va escriure un assaig titulat “Les dues cultures”. Allà, es queixava dels humanistes que menyspreaven a les ciències. Eren temps de canvi on els vents van virar de l’alta consideració de l’art i les lletres cap a les ciències (pel seu rèdit econòmic). I, així, avui és al revés.  
La paraula ciència ve del llatí scientia: coneixement, saber. Al segle XIV va adquirir el sentit del coneixement humà col·lectiu adquirit amb observació, experimentació i raonament. No aplica això a moltes disciplines més enllà de les ciències naturals? Al capdavall, totes les disciplines, siguin ciències naturals, ciències socials o humanitats estan al mateix vaixell. Intentar enfonsar-ne una és estar abocat al fracàs.

Per saber-ne més

Blog of the APA – The Problem with Scientism (Massimo Pigliucci)

Massimo Pigliucci – Against Scientism

Hoover Institution – The Dangerous Rise of Scientism

The post Només ciència? – Cientisme appeared first on Ciència Oberta.

Anem a fer un viatge en el temps; sou al Canadà a principis del segle XX i us dediqueu al comerç de pells d’animal. Us adoneu que cada deu anys veneu una gran quantitat de pells de llebre, però entre aquests pics els caçadors tenen períodes on són incapaços de trobar cap llebre. Anys més tard, els informes detallats de les rutes de comerç de pells servirien a biòlegs per reconstruir dinàmiques poblacionals i per adonar-se  que no només les llebres segueixen un patró temporal cíclic, sinó que el seu depredador, el linx, també presenta un comportament similar. 

Explosions espontànies

Durant el segle XVII, naturalistes escandinaus ja van adonar-se que petits rosegadors com el lèmming (Lemmus lemmus) apareixien en gran abundància del no-res i tornaven a desaparèixer en qüestió de molt poc temps. Científics contemporanis van formular teories estrambòtiques: per exemple, la pluja de lèmmings per generació espontània als núvols, o fins i tot que els animalons exploten si s’enfaden massa. El mite més famós, però, va ser difós per un documental de Disney del 1958, en el qual s’exposa que els lèmmings practiquen suïcidis en massa tirant-se de penya-segats. Trobareu més sobre lèmmings en aquest article anterior.

L’any 1924 es publica el primer treball científic sobre fenòmens cíclics en poblacions animals pel zoòleg anglès Charles S. Elton (1900-1991). Elton va adonar-se que petits rosegadors, com els lèmmings o els talpons, mostren cicles estables de creixement i reducció cada 3-5 anys en regions boreals. Aquest estudi va definir la biologia de poblacions com a disciplina i, encara que s’han trobat diversos factors responsables d’aquest fenomen, cent anys després de la publicació d’aquest treball encara no som capaços d’explicar a la perfecció el perquè de tot plegat. Però com creixen les poblacions naturals?

Els límits del creixement

En situacions ideals, un es podria imaginar que una població creix exponencialment ad infinitum, però en realitat el creixement no es manté eternament. Poblacions reals creixen exponencialment fins que arriben a certa densitat i passen a una fase estable, anomenada “capacitat de càrrega”, que és el punt on mortalitat i natalitat s’equilibren. Aquest model de creixement s’anomena corba logística, i els factors que determinen la capacitat de càrrega són els recursos disponibles en un hàbitat determinat. Ara bé, si aquest model prediu una fase estable constant, per què algunes poblacions pateixen fenòmens cíclics?

Les fluctuacions són causades per dos tipus de factors: factors dependents i independents de la densitat poblacional. D’una banda, els factors independents solen estar relacionats amb l’ambient. Si bé hi ha patrons estables que afecten les poblacions, com els cicles diaris i els lunars, la majoria de factors ambientals són molt irregulars (nutrients, contaminants o clima) i, per tant, juguen un efecte accessori en la regulació de poblacions. D’altra banda, els factors dependents s’intensifiquen a mesura que la població arriba a la seva capacitat de càrrega, funcionant de peça clau en causar la ciclicitat.

Malalties, competència i depredació són els principals factors densodependents que causen que les poblacions no es puguin mantenir en el seu màxim i acabin finalment col·lapsant. Els efectes d’aquests factors s’arrosseguen després del col·lapse, i eviten que es torni a donar un nou pic just després d’una decaiguda; i en aquest sentit, el període entre pics respon a l’esperança de vida mitjana de l’espècie.  Curiosament, si un depredador només s’alimenta d’una presa i manté aquesta interacció durant un llarg període de temps, succeeix una coevolució on el depredador també comença a produir cicles semblants als de la seva presa.

Coevolució

El factor limitant pel depredador també és la disponibilitat de menjar, que en aquest cas és la població presa. Matemàticament, la depredació és un fenomen estable, i s’ha pogut predir amb el model Lotka-Volterra. Aquest model mostra que depredador i presa tenen abundàncies sincròniques, però el depredador no té un cicle harmònic amb la presa, sinó que hi ha un temps de resposta, a més que la capacitat de càrrega del depredador sempre és inferior a la de la presa.

Que es mantingui aquesta interacció té una explicació evolutiva. La depredació és una carrera armamentística, on depredador i presa han d’estar en constant innovació per guanyar avantatge a l’altre. Aquesta dinàmica no fa més que perpetuar un statu quo on cap banda aconsegueix una victòria total, però qui no s’adapta està destinat al fracàs. Aquesta dinàmica s’ha anomenat hipòtesi de la reina roja, un concepte que s’inspira en l’obra de Lewis Carroll “Alícia a través del mirall” (1871), on els habitants del país de la reina roja han de córrer eternament per mantenir-se allà mateix on són.

Biologia de la Conservació

Si ara comparem el model matemàtic amb la realitat, veuríem que els resultats són ben diferents, i això és perquè el model Lotka-Volterra sobresimplifica una interacció on actuen moltes variables que el model no considera. Un dels problemes inicials en predir aquestes dinàmiques és definir què considerem com a població, perquè no existeix cap conjunt d’organismes que estigui perfectament delimitat, i el concepte es torna porós en considerar que la migració és inevitable.

Actualment, sabem que és més correcte parlar de subpoblacions que comparteixen fluxos de migració bidireccionals que no pas d’una població fonamental. Amb la construcció de noves carreteres, línies d’alt voltatge i l’urbanització d’espais naturals, aquests conceptes guanyen rellevància més que mai en tant que demostren el perill d’aïllar poblacions biològiques tallant vies de migració. És per això que entendre dinàmiques poblacionals ens ajuda actualment a conservar espècies amenaçades i predir els efectes d’espècies invasores.

Estudiar dinàmiques cícliques requereix molts anys de seguiment, i les últimes dades indiquen que moltes poblacions de lèmmings han “col·lapsat”, és a dir, que han perdut la seva ciclicitat. Aquesta alteració s’explica principalment pel canvi climàtic; fenòmens climàtics impredictibles i l’escalfament de zones boreals han tingut efectes dràstics en l’hàbitat i recursos dels lèmmings. Aquest col·lapse s’ha traduït en un efecte en cascada en tot l’ecosistema, ja que els lèmmings són una peça clau en la cadena alimentària en boscos boreals.

Les principals espècies amb dinàmiques cícliques es constitueixen per rosegadors, llebres, faisans, algunes papallones, i, segons certs estudis (com per exemple #1 i #2), també podem incloure l’espècie humana. Històricament, se sol considerar que èpoques de pau són seguides per etapes violentes en societats humanes, i analitzant dades demogràfiques un s’adona que aquests esdeveniments mostren cert patró de regularitat. El segle XX ha demostrat que l’espècie humana és capaç de multiplicar-se exponencialment, però queda per veure quina és la nostra capacitat de càrrega i fins a on és capaç d’aguantar el planeta.

Ja per acabar…

Si bé ara sabem que els lèmmings no tenen tendències suïcides i els directors de Disney eren els que tiraven als pobres animalons daltabaix, encara no podem respondre a la perfecció com la suma de factors que condicionen les dinàmiques oscil·lants interaccionen per donar aquests cicles. Cent anys d’investigació en biologia de poblacions han donat per molt, però la disciplina s’enfronta constantment a nous reptes en un món globalitzat marcat pel canvi climàtic.

Per saber-ne més

Science – Greenland Lemmings’ Collapse Pushes Predators to Brink

University of California, Berkeley – The Ecology of Human Populations: Thomas Malthus

WWF – Why Connectivity Matters to Wildlife and People

Sobre l’autor: Pablo Gómez Herrmann

Graduat en biologia i master en microbiologia avançada per la Universitat de Barcelona. Estic interessat en la biotecnologia i com podem aprofitar microorganismes en el nostre benefici. M’encanta escriure i m’encanta la ciència, per això vull posar el meu gra de sorra en fer divulgació d’aquells temes que em desperten curiositat i m’inquieten.

• LinkedIn

Imatges

1. Extreta de https://www.flickr.com/photos/gridarendal/31970071901
2. Font pròpia
3. Modificada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Predator_prey_curve.png
4. Extreta de https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Milliers_fourrures_vendues_en_environ_90_ans_odum_1953_en.jpg

Revisors:  Nil Salvat Rovira, Mar Barrantes Cepas i Víctor Naharro Oriol

The post Poblacions cícliques: Oscil·lacions estables i com predir-les appeared first on Ciència Oberta.