Omnis Cellula

Page 1

ISSN 1696-8107

26 juny 2011 revista semestral · 3 €



26

4

Editorial

5

Apunt

A fons

Arcadi Navarro

10

Cristina Junyent, CenS

16

Diana Pascual i Eduard Pla, CREAF

Demografia històrica de l’illa de Hierro

L’oportunitat de la crisi

Un cop d’ull

6

Marina Roldán, UdG

7

Sergi Regot, UPF

8

Jordi Villà, UPF

Vulnerabilitats del litoral mediterrani al canvi global

Zoogeografia mediterrània , els estocs genètics i la gestió de les pesqueries Nous reptes en biologia sintètica: computació biològica Simulacions moleculars de la reactivitat enzimàtica: dissecant contribucions amb l’ajut d’un

22

Susana Campoy, Montserrat Llagostera i Jordi Barbé, UAB

El ferro, la llaminadura i el verí dels bacteris

32

Directori obert

34

Jove científic

ICREA

ordinador

9

28

Judit Pampalona, UAB

Disfunció telomèrica, inestabilitat cromosòmica i càncer

Miquel Vall-llosera, CREAF

Podem predir l’èxit de les espècies invasores?

Entrevista

,

acio

,

Simon A. Levin El darrer Premi Margalef de la Generalitat ens parla d’ecologia, sistemes complexos i previsibilitat de comportaments humans.

40

Ara fa... 100 anys

41

Qui era...

42

Calaix de sastre

44

s

,

Miquel Crusafont i Pairó (Sabadell, 1910 - 1983)

Rosa Pérez i Carlos Giménez, SCB

I Olimpíada de Biologia de Catalunya

Ciència en societat Xavier Duran, TVC

La presència oblidada de la química

Racó del Microbi

50

Lectura

Mercè Berlanga i Ricard Guerrero, UB

El lladre de Cervells de Pere Estupinyà

Agenda SCB

,

cio

Muta

El descobriment del nucli atòmic acio Mut o la importància d’anomenar-se Ernest

46

51

cio elec

r mig

,

cio

selec


Editorial

La portada

Benvolguts lectors i benvolgudes lectores,

Fotografia: Judit Pampalona

Els darrers anys he tingut l’oportunitat de conèixer molt de prop moltes pràctiques educatives que desenvolupen professors i professores de tot l’Estat espanyol en l’ensenyament de les ciències naturals a l’ESO. Per aquest nivell educatiu obligatori, hi passa tothom: tant les persones que acabaran desenvolupant una carrera científica (i en alguns casos, una professió científica) com les que no. I de carreres i professions no científiques n’hi ha milers. Tenint al cap aquesta premissa, ens podem fer una pregunta necessària: com hem de tractar l’ensenyament i l’aprenentatge de les ciències a l’ESO? El que primer salta a la vista és que no podem ensenyar ciència com si tot el nostre alumnat estigués predestinat a dedicar-s’hi, com si ja l’estiguéssim preparant per a la carrera científica universitària. Crec que això s’ha de fer a partir de quart d’ESO, quan l’alumnat ja ha començat a definir-se, i evidentment al batxillerat. Però, a l’ESO? L’educació secundària (i la primària) és l’etapa fonamental per desvetllar vocacions científiques. Un tractament de la ciència basat en situacions que provoquen fascinació, curiositat o que afecten directament la vida dels alumnes és potser la millor aproximació. És a dir, en compte d’entrar en matèria directament, és interessant plantejar una situació que provoqui interès o bé un conflicte cognitiu a l’alumnat, per portar-lo al coneixement mitjançant una construcció d’aquest coneixement; gairebé igual com funciona la ciència. És una pràctica similar a la que fa el divulgador científic: per no perdre l’interès del seu públic, el divulgador planteja casos fascinants, experiències sorprenents, problemes preocupants, etc. I aleshores té el públic a la butxaca per explicar-li (o fer-li deduir) la causa d’aquell fenomen.

La imatge de portada és una cèl·lula epitelial de ronyó provinent del cangur rata de musell llarg (Potorous tridactylus) en anafase (microtúbuls en vermell, centròmers en verd i cromosomes en blau).

Direcció Director: Héctor Ruiz Martín

Equip editorial d’omnis cellula: Editora en cap: Cristina Junyent Consell assessor: Begoña Vendrell Simón, Gabriel Santpere i Patricia Homs Ramírez de la Piscina Comitè editorial: Arcadi Navarro i Ricard Roca Redacció editorial: Bru Papell Dissenyador gràfic i maquetador: Gerard Sardà Ferrer Supervisió lingüística: Josep M. Mestres Correcció d’originals: Linguacom SL

D’altra banda, ens hauríem de plantejar si hem de donar tanta importància a la memorització o bé caldria donar espai a altres competències (anàlisi, crítica, deducció, abstracció, etc.) que ens pot aportar la ciència i que ens poden resultar útils davant qualsevol problema que ens trobem, sigui quina sigui la nostra professió; però això mereixeria un espai que aquí no tinc...

Fotografies: quan no s’indica l’autor en el peu o en l’article, les fotografies són de domini públic extretes de Wikimedia Commons Dipòsit Legal: B. 45392-2007. ISSN: 1696-8107. Impressió: Gràfiques Cuscó Els editors no es responsabilitzen de l’opinió ni dels continguts dels articles signats.

Héctor Ruiz Martín Director d’omnis cellula

© 2011 Omnis cellula - Associació cientificocultural © 2011 Societat Catalana de Biologia, Institut d’Estudis Catalans Tots els articles són propietat dels editors i dels autors respectius. Queda prohibida la reproducció total o parcial per qualsevol mitjà gràfic o electrònic del contingut d’omnis cellula sense permís exprés.

OMNIS CELLULA Facultat de Biologia · Universitat de Barcelona Av. Diagonal, 645 08028 Barcelona

www.omniscellula.net

Revista oficial de la Societat Catalana de Biologia coeditada per:

Amb la col·laboració de:

Associació científicocultural

Omnis Cellula 26

4

Juny 2011


L’oportunitat de la crisi A primera vista, la crisi econòmica internacional, l’esclat de la bombolla immobiliària local i l’augment consegüent del deute de les administracions, són males noticies per a la recerca científica a Catalunya. En el format més moderat, aquesta impressió es basa en el fet que, atès que la major part de la recerca del país es finança amb fons públics, sembla inevitable que s’imposin estalvis en investigació. Fent servir termes més descarnats, hi ha qui defensa que tot això de la R+D és un caprici de ric, i que hi ha despeses que s’han de prioritzar per sobre dels capricis. Des de la SCB no volem entrar en aquesta discussió. El que sí que ens sembla important és fer notar la gran oportunitat que representa aquesta crisi. Oportunitat d’aturar-se i revisar si tot el que s’ha fet, que és molt, s’ha fet prou bé; oportunitat de destriar allò que cal consolidar d’allò que cal reformar i, potser, del que cal retirar.

Primer, la creació d’uns quants centres de recerca amb vocació d’excel·lència que tenien com a característica principal un sistema de gestió privada, allunyada de les limitacions de l’Administració pública. I, segon, la creació d’una institució, la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), que directament contracta investigadors sense la cotilla d’unes oposicions i els insereix en universitats i centres de recerca del país. Totes dues iniciatives han estat un èxit sense precedents i ha estat una institució externa —el Consell de Recerca Europeu— la que ens ha permès mesurar-ne els resultats. Del total de les alta-

En la dècada de vaques grasses que acabem de deixar enrere, la recerca a Catalunya ha assolit nivells d’excel· lència internacional que fa tot just una generació semblaven impossibles. Especialment, però no únicament, en l’àmbit de les ciències de la vida. Avui, Catalunya és reconeguda com un node de recerca en l’àmbit europeu, disposa de centres de referència mundial en diverses disciplines i ha fet un gran salt endavant en l’atracció de talent i recursos. Però no ens hem de confondre: el nostre èxit en R+D no és conseqüència de la quantitat de diners gastada, sinó de l’elecció de polítiques encertades i de la seva continuïtat sota diversos governs.

ment competitives beques de l’esmentat consell (ERC Grants) que aquests anys han anat a parar a investigadors establerts a l’Estat espanyol, aproximadament dos terços han estat per a investigadors d’institucions catalanes, la gran majoria vinculats a la ICREA o als nous centres d’excel·lència. Els diners esmerçats en la creació d’aquestes institucions són mes o menys equivalents als que altres governs autònoms de l’Estat han invertit en R+D. El seu èxit diferencial, doncs, es basa en com s’han emprat els diners i no pas en la quantitat gastada. Pensem per exemple, en el retorn de la inversió. Només les ERC Grants aconseguides per una trentena d’investigadors ICREA ja dupliquen el pressupost anual de la Generalitat per al conjunt de la institució, que compta amb uns dos-cents cinquanta professors d’investigació.

Fa trenta anys, la Llei de reforma universitària i la Llei de la ciència van iniciar la competitivitat en les universitats i en els projectes de recerca, i fa deu anys des de la Generalitat de Catalunya es van impulsar dues innovacions clau.

«La crisi és una oportunitat perquè fa inevitable allò que, en qualsevol cas, hagués estat desitjable.»

Tot i l’encert indiscutible d’aquestes polítiques, també n’hi ha hagut d’altres

Omnis Cellula 26

5

Juny 2011

de menys reeixides, com ara la proliferació excessiva de graus, màsters universitaris i programes de doctorat, que ja sumen més de mil i que imposen un cost enorme al sistema sense que els ciutadans n’obtinguin uns rèdits clars; o com la funcionarització de les nostres universitats, en contra de l’esperit de la Llei d’Universitats de Catalunya, que pretenia un equilibri entre professorat funcionari i contractat més proper al d’altres països de referència. Cal, doncs, fer una pausa i avaluar. Els dos punts anteriors, per exemple, mostren com n’és d’urgent una reforma de la governança de les universitats, on es produeix prop del 60 % de la recerca competitiva del país. La crisi és una oportunitat perquè fa inevitable allò que, en qualsevol cas, hagués estat desitjable. Aquest és el repte del nou Govern de la Generalitat. A més d’una política d’estalvi, hem de procurar fer possible una política de priorització i optimització de despesa. Per usar un símil financer, molt adequat als temps que corren, hem d’aprofitar que cal retallar despeses, la qual cosa implica vendre determinades accions, per reordenar la nostra cartera de valors i adaptar les nostres inversions al context internacional en què volem competir. Des de la SCB demanem que aquesta reinversió es plantegi afavorint els valors de l’excel·lència, l’eficiència, la flexibilitat, la cooperació, la internacionalització i, sobretot, la confiança en el talent i l’esforç dels professors i investigadors, que el sistema ha sabut convertir en el motor del nostre èxit. Si ho fem, sortirem reforçats de la crisi. I

Arcadi Navarro

Vicedirector de l’Institut de Biologia Evolutiva (UPF-CSIC)


Marina Roldán

Laboratori d’Ictiologia Genètica, Universitat de Girona (UdG).

Zoogeografia mediterrània, els estocs genètics i la gestió de les pesqueries

Durant els anys vuitanta, els estudis poblacionals d’organismes marins van donar un gir de 180 graus quan l’aplicació de les tècniques genètiques —estudis de variabilitat enzimàtica, principalment— treien a la llum la divergència intraespecífica, no revelada fins llavors pels estudis biològics clàssics. Les primeres anàlisis genètiques en pesqueries es van fer en lluç i salmònids del Pacífic nord-americà, i es van estendre ràpidament a diferents laboratoris europeus. La Mediterrània constituïa un objectiu d’estudi únic, ateses les particulars característiques geogràfiques i hidrogràfiques i la connexió amb l’Atlàntic; aspectes que, de ben segur, influeixen en la distribució de les espècies i la seva possible diferenciació poblacional. Aquest fenomen és sovint la conseqüència genètica d’una restricció en el flux gènic entre els segments de la població. Les diferents subpoblacions s’aïllen reproductivament les unes de les altres de manera parcial o total, fet que permet l’acumulació per selecció o deriva genètica de les diferències genètiques produïdes per mutació i recombinació. Tot i això, poblacions separades geogràficament poden no presentar diferenciació genètica entre si perquè han establert un intercanvi d’individus important. Alternativament, l’existència de barreres reproductives pot impedir l’intercanvi d’informació gènica entre les unitats d’una mateixa zona. Membres de poblacions aïllades reproductivament poden, fins i tot, trobar-se físicament Hi ha dos estocs?

Set de caràcters genètics

barrejats durant bona part del seu cicle de vida. En resum, l’estructura poblacional d’una espècie pot ser una simple població reproductiva; diverses poblacions separades; poblacions geogràficament aïllades que ocasionalment intercanvien gàmetes; poblacions que, sent simpàtrides, estan aïllades reproductivament, o la combinació de diverses d’aquestes possibilitats. El problema biològic més freqüent en la gestió d’una pesqueria és la identificació d’unitats de gestió amb un significat genètic (estocs genètics). A la Mediterrània, l’estructuració de les poblacions s’associa als dos principals accidents geogràfics: els estrets de Gibraltar i de Sicília. Moltes espècies de peixos, mol·luscs i crustacis pelàgics o de profunditat de la Mediterrània tenen una continuïtat de distribució a l’Atlàntic. La majoria, segon la FAO, són espècies intensament explotades durant els darrers seixanta anys i al llarg de tota l’àrea de distribució. Però la gestió de la majoria d’aquestes pesqueries no té en compte la base genètica de l’estructura poblacional. Entre les espècies explotades, el peix espasa (Xiphias gladius), la tonyina (Thunnus thynnus) o la bacora (T. alalunga), no mostren cap tipus de diferenciació. El bonítol (Sarda sarda) té una estructura poblacional particular, constituïda per dos estocs genètics associats a dues àrees de fresa independents, una al mar Egeu i la mar Jònica i una altra a la mar de Ligúria. Realització de tests estadístics

Omnis Cellula 26

6

Juny 2011

Altres espècies com el musclo (Mytilus galloprovincialis), el lluç europeu (Merluccius merluccius), el llobarro (Dicentrarchus labrax) i l’anxova (Engraulis encrasicolus), presenten una diferenciació acusada a ambdós costats de l’estret de Gibraltar. Un estudi recent del nostre laboratori, fet en col·laboració amb la Unitat de Biologia Marina i Ecologia de la Universitat de Pisa, ha detectat una significativa diferenciació genètica de la gamba rosada (Aristeus antennatus) al llarg de la seva distribució atlanticomediterrània. En aquest treball s’han identificat tres estocs genètics: a l’Atlàntic, a la Mediterrània Occidental i a l’Oriental, fet que evidencia l’important rol en la restricció del flux gènic que tenen els estrets de Gibraltar i Sicília. Aquestes unitats de gestió detectades suggereixen una gestió independent i representen, per tant, un punt de partida nou i valuós per a les institucions gestores de les pesqueries respectives. L’elevat valor culinari de la gamba rosada a la major part de països mediterranis i també als països costaners de la seva distribució atlàntica (Portugal i Marroc), n’ha afavorit l’explotació comercial. Exceptuant-ne la implantació de vedes temporals en molts caladors per afavorir-ne la sostenibilitat, no hi ha una gestió conjunta de les pesqueries on es captura la gamba rosada. En aquests moments, la gran quantitat de valuosa informació biològica i pesquera recopilada sobre aquesta espècie al llarg de la Mediterrània i l’esmentada informació genètica, ens hauria de permetre planificar una política efectiva de gestió pesquera per assegurar que aquest important recurs es mantingui en el futur. I Sí

Gestió separada

No

Gestió conjunta

Resultats significatius?

Exemplar de gamba rosada al laboratori. © Marina Roldán

Identificar unitats de gestió (estocs) a les pesqueries explotades comercialment és fonamental per mantenir la diversitat biològica basada en la diversitat gènica. Per assolir aquest objectiu, els investigadors utilitzem eines genètiques que han estat desenvolupades i aplicades durant les últimes tres dècades. Un dels darrers exemples a la Mediterrània és el de la gamba rosada.


Sergi Regot Rodríguez de Mier

Unitat de Senyalització Cel·lular, Departament de Ciències Experimentals i de la Salut, Universitat Pompeu Fabra

Nous reptes en biologia sintètica: computació biològica El coneixement dels mecanismes moleculars que controlen les respostes cel·lulars ha conduït la biologia sintètica a plantejar-se objectius d’elevat interès biotecnològic, com ara la computació biològica. Tot i que s’ha aconseguit implementar funcions senzilles en cèl·lules aïllades, la creació de circuits complexos en un entorn biològic és tot un repte. En aquest article es discuteix breument la potencialitat de l’ús de xarxes cel·lulars per crear circuits complexos. Els últims cinquanta anys, s’ha incrementat exponencialment el coneixement dels mecanismes moleculars que operen per regular les funcions cel·lulars. Actualment ja som capaços de generar organismes modificats genèticament perquè executin funcions del nostre interès. Aquest nou camp de la biologia s’anomena biologia sintètica i té com a objectiu el disseny i la implementació de noves funcions biològiques tot combinant tècniques de biologia molecular i enginyeria genètica amb el coneixement generat en bioquímica i biologia cel·lular. Un dels grans objectius de la biologia sintètica és la computació biològica, que consisteix en la creació de sistemes biològics capaços d’integrar informació de l’entorn i generar respostes de manera programada. Així doncs, aquesta disciplina intenta desenvolupar mètodes de computació que permetin un nivell de complexitat cada vegada més gran. En electrònica, les unitats bàsiques per formar circuits complexos són les portes lògiques que, físicament, són xips de silici capaços d’integrar l’estat binari (és a dir, que poden tenir dos valors: 0 o 1) de dos inputs (entrada de senyal) en un sol output (resposta) també binari. Ateses les quatre combinacions possibles dels dos inputs, cada porta lògica genera un patró de sortida diferent que podem representar en les anomenades taules de la veritat (fig. 1). La connexió espacialment independent d’aquestes portes lògiques és capaç de generar circuits altament complexos. I com generem circuits en biologia? Tot i que s’ha aconseguit implementar

portes lògiques dins de cèl· lules aïllades, la connexió de diferents portes en una sola cèl·lula és extremadament difícil per diverses raons, com ara l’alta reactivitat creuada entre els diferents components biològics utilitzats per les portes lògiques i l’elevat cost metabòlic que representa per a les cèl·lules expressar tants gens introduïts artificialment. Recentment, s’han proposat dues solucions al problema. En primer lloc, la multicel·lularitat, que consisteix a repartir la computació en diferents cèl·lules connectades entre si químicament. En segon lloc, la separació espacial de les cèl·lules, que permet reutilitzar les molècules de comunicació. Al nostre laboratori hem implementat un sistema de computació biològica distribuïda utilitzant la multicel·lularitat per evitar els problemes derivats de l’increment de la complexitat dels circuits. Així doncs, hem generat una petita llibreria de cèl·lules de llevat capaces d’implementar funcions senzilles d’un o dos inputs i un output. L’output de cada cèl·lula pot ser o bé la secreció d’una molècula connectora o bé l’output final de la computació, que en aquest cas és l’expressió d’una proteïna fluorescent. Gràcies a la biologia cel·lular dels llevats podem utilitzar la feromona factor a com a molècula connectora. L’aprofitament d’aquest sistema natural és òptim ja que, a més de ser secretada, aquesta molècula és detectada per un conjunt de sensors acoblats a una via de senyalització molt coneguda, la via d’apare-

Omnis Cellula 26

7

Juny 2011

llament entre llevats. La combinació de les cèl·lules, com si és tractés de peces de Lego®, permet la programació del sistema. Així doncs, podem generar múltiples circuits reutilitzant les cèl·lules de la llibreria. A banda, gràcies a la computació distribuïda, hem pogut demostrar que es poden obtenir circuits molt complexos simplement utilitzant xarxes de fins a quatre tipus cel·lulars diferents. Un multiplexor, per exemple, és un circuit de tres inputs i un output capaç de respondre de manera programada a vuit combinacions d’inputs diferents (fig. 1). Tenint en compte la increïble versatilitat de les cèl·lules per detectar tot tipus de paràmetres físics i químics en un entorn biològic, és evident que un mètode com aquest serviria per computar aquesta informació i generar respostes d’interès en medicina, biotecnologia i bioremediació, com ara la producció de proteïnes, generar citotoxicitat per eliminar patògens i destoxicar contaminants. I pFigura. Analogia electronicobiològica en la ge-

neració de circuits complexos. Les funcions bàsiques representades mitjançant la taula de la veritat són implementades per portes lògiques físicament ubicades en cèl·lules o xips de silici. La connexió de diferents portes lògiques ja sigui per cables independents o per molècules secretades genera circuits complexos.


Un cop d’ull

Jordi Villà i Freixa

Departament de Ciències Experimentals i de la Salut, Universitat Pompeu Fabra

. Simulacions mol leculars de la reactivitat enzimàtica:

dissecant contribucions amb l’ajut d’un ordinador La regulació correcta de les reaccions bioquímiques que succeeixen a l’interior d’una cèl·lula és fonamental per mantenir-ne l’homeòstasi i fer-la funcional. Les proteïnes encarregades d’aquest procés, els enzims, representen com poques l’habilitat de la natura per optimitzar coordinadament processos químics que, altrament, podrien tardar a produir-se molt més que el temps de vida d’una cèl·lula. Com s’ho fan? I com podem usar les simulacions moleculars per esbrinar-ho? Seria fantàstic disposar d’una lupa que em deixés veure a escala, tant espacial com temporal, el que succeeix quan un substrat és catalitzat per un enzim, amb la mateixa curiositat que de petit em duia a observar pacientment —si no a provocar— els hàbits de cacera de les sargantanes al terrat d’una casa masnovina. Sovint ens frustra pensar que no és així, i que no tenim a l’abast mitjans experimentals que d’una manera directa ens apropin a la realitat del món microscòpic. Però, afortunadament, podem simular aquest món, atès que coneixem la natura de les interaccions atòmiques que, en darrera instància, governen la química. Podem, de fet, construir un model del comportament dels àtoms

d’un enzim, dels seus substrats i cofactors i de les molècules d’aigua i ions que l’envolten. Encara que d’entrada pugui semblar inabastable, disposem d’eines, com la mecànica clàssica de Newton, guardada en algun calaix de la nostra memòria, per aproximar el moviment de tots els àtoms sotmesos a les diferents

interaccions que tenen amb els veïns. D’aquesta manera tan senzilla podem explorar amb un ordinador processos com el plegament proteic, la interacció entre un lligand i el seu receptor o l’encaix d’un factor de transcripció amb el seu fragment específic de DNA. I podem també mirar d’entendre el funcionament d’un enzim si anem més enllà de la mecànica clàssica i hi incorporem la quàntica, que ens ajudarà a tractar la formació i el trencament d’enllaços en una determinada reacció bioquímica. Armats amb la nostra lupa microscòpica ens podem plantejar conèixer els detalls de l’acció dels enzims. Potser afavoreixen la reacció química acostant els substrats? O, fins i tot, optimitzant-ne l’habilitat per explorar fenòmens quàntics com l’efecte túnel? Potser en restringeixen el moviment i, per tant, redueixen el cost entròpic del procés reactiu? Potser fan com els trencanous, tot pressionant de manera extraordinària els reactius perquè esdevinguin productes? Potser oposen fortes càrregues a les del substrat mateix fent-lo eminentment inestable i ajudant-lo a creuar la barrera d’energia lliure que el durà als productes? Potser l’enzim simplement proporciona un entorn de solvatació més adient per al punt més alt del procés catalític, l’estat de transició? Totes aquestes hipòtesis han estat objecte d’un fort escrutini les darreres dècades, no només per la bioquímica experimental sinó també, i sobretot, per la computacional.

Omnis Cellula 26

8

Juny 2011

Les simulacions ens mostren que els enzims, més que trencanous, són més aviat esponges. Així, dels possibles factors que explicarien el funcionament dels enzims, tots certament amb un cert pes, el que sens dubte s’emporta el gruix de causalitat és el de les interaccions electrostàtiques favorables entre l’enzim i l’estat de transició de la reacció catalitzada. Això no pot deixar de sorprendre el lector que hi rumiï una mica, doncs d’alguna manera implica que un enzim actua com a millor dissolvent que l’aigua mateixa. En realitat no és així. L’aigua és, sens dubte, el millor dissolvent en la immensa majoria dels processos, molt polars, que es troben catalitzats pels enzims. El problema que té l’aigua és que per solvatar més eficientment un dipol que es forma necessita trencar l’estructura pròpia de ponts d’hidrogen que tan favorable li resulta d’entrada. Així, segons la visió que només les simulacions moleculars ens poden donar, l’aigua ha de fer un esforç important per seguir l’evolució de les càrregues dels substrats durant una típica reacció bioquímica, cosa que l’enzim s’estalvia en tenir el seu centre actiu preorganitzat electrostàticament per acollir de la millor manera possible l’estat de transició de la reacció. Això provoca que els enzims hagin evolucionat de manera característica i que els sigui tan important optimitzar l’estabilitat del seu plegament, amb els aminoàcids que en forjaran l’estructura, com preorganitzar (i deixar inestables!) els altres aminoàcids que, des del centre actiu, hauran de participar en la reacció per a la qual ha evolucionat l’enzim. I

zFigura. Quan el substrat de l’enzim triosafosfatisomerasa (TPI) entra al centre actiu es troba amb un entorn ja preparat per actuar sobre l’estat de transició de la reacció. © Jordi Villà


Judit Pampalona

Unitat de Biologia Cel·lular, Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia Universitat Autònoma de Barcelona

Disfunció telomèrica, inestabilitat cromosòmica i càncer El paper dels telòmers en la carcinogènes

La informació que regeix el funcionament cel·lular en humans està codificada en quaranta-sis molècules de individuals de DNA o cromosomes. Quan aquesta informació és modificada de manera errònia i la cèl·lula no pot reparar-la, apareixen mutacions que poden desencadenar l’aparició de malalties com el càncer. La major part dels tumors que afecten la població humana adulta són de tipus carcinoma, tumors derivats de cèl· lules epitelials la incidència dels quals creix de manera exponencial amb l’edat. A nivell cromosòmic, les cèl·lules de carcinoma exhibeixen dos tipus d’alteracions: la presència de cromosomes estructuralment anòmals i l’excés i/o manca de cromosomes sencers. Aquestes alteracions resulten d’errors en els mecanismes cel·lulars que controlen l’estabilitat del DNA, cosa que desencadena una inestabilitat cromosòmica que remodela constantment el genoma a mesura que les cèl·lules proliferen. En relació amb el desenvolupament tumoral, la inestabilitat cromosòmica eleva la taxa de mutació del DNA, fet que permetria l’adquisició de mutacions promotores de la carcinogènesi. Malgrat que existeix un ampli ventall de mecanismes generadors d’inestabilitat, només se n’ha descrit un que relaciona alhora l’envelliment de l’individu i la carcinogènesi: la disfunció telomèrica. Situats als extrems cromosòmics per preservar-ne la integritat, els telòmers estan formats per una seqüència de DNA específica (seqüència telomèrica) i proteïnes especialitzades. Presenten una estructura de llaç que funciona com un caputxó. Quan el llaç telomèric no es pot formar, els extrems cromosòmics romanen lineals i desprotegits, fet que els predisposa a patir processos erronis de fusió i/o degradació. La renovació dels teixits d’un organisme comporta que les cèl·lules epitelials vagin proliferant. A mesura que ho fan, la longitud de la seqüència telomè-

rica disminueix, perquè la maquinària cel·lular és incapaç de copiar completament els extrems cromosòmics. Això pot accentuar-se per diferents factors, com ara l’estrès oxidatiu causat per radicals lliures. Quan una seqüència telomèrica és massa curta, es perd la capacitat de formar el llaç i els telòmers esdevenen lineals i disfuncionals. Quan dectecten aquesta situació, les cèl·lules deixen de proliferar i entren en un estat de senescència o moren. Però, si els mecanismes de detecció estan malmesos, les cèl·lules poden seguir proliferant en presència de cromosomes desprotegits, fet que inicia una cascada d’inestabilitat cromosòmica. Estudis en ratolins modificats genèticament han evidenciat les conseqüències fatals de combinar telòmers desprotegits i defectes de control del cicle cel·lular. Mentre que els animals joves, amb els telòmers llargs i funcionals, presentaven neoplàsies hematològiques, els ratolins envellits, que exhibien evidències clares de disfunció telomèrica, mostraven un canvi en el tipus de neoplàsies: bàsicament patien carcinomes. Tot plegat, va permetre relacionar la disfunció telomèrica i l’envelliment cel· lular amb l’aparició de carcinomes. A nivell molecular, quan el llaç protector no es pot formar, els extrems cromosòmics lineals són detectats com si fossin trencaments de doble cadena de

Omnis Cellula 26

9

Juny 2011

DNA. Aleshores, les cèl·lules reparen de manera il·legítima aquests extrems: els fusionen entre si i donen lloc a cromosomes reorganitzats. Aquests cromosomes anòmals presenten dos centròmers (cromosoma dicèntric) enlloc d’un. La presència de més d’un centròmer pot comportar problemes a l’hora de distribuir el cromosoma a les cèl·lules filles durant la divisió cel·lular, i condueix a l’aparició d’inestabilitat cromosòmica (fig. 1). Així doncs, durant el procés de desenvolupament tumoral, la contínua disfunció telomèrica en cèl·lules que proliferen generarà una inestabilitat cromosòmica massiva que contribuirà a l’aparició de mutacions. Com si es tractés d’una selecció darwiniana, les cèl·lules acabaran acumulant mutacions que els conferiran els trets necessaris per esdevenir tumorals. I pFigura. A) Quan dos cromosomes presenten

extrems telomèrics disfuncionals són susceptibles de ser fusionats entre si (AB). B) Durant la divisió cel·lular, si cada centròmer del cromosoma AB és dirigit cap a extrems oposats de la cèl·lula, es genera un pont cromosòmic. Majoritàriament, aquests ponts es trenquen i es generen nous extrems desprotegits susceptibles de ser reorganitzats de nou. Per contra, el cromosoma C és repartit de manera correcta. C) Fotomicrografia d’una anafase. La fletxa indica un pont cromatínic que connecta les dues masses de cromosomes en migració cap a pols oposats.


Demografia històrica de l’illa de Hierro Escrit per

Cristina Junyent

Directora de la Fundació Ciència en Societat i coordinadora de la Secció de Biologia i Societat de la Societat Catalana de Biologia

Per què estudiar la població humana d’una illa? Una illa és un sistema aïllat que té esmorteïdes les seves relacions amb l’exterior, de manera que es tracta d’un racó geogràfic on l’evolució funciona en condicions més fàcilment reconeixedores. També en les poblacions humanes. I, per què l’illa de Hierro? Com totes les Canàries, l’illa va ser poblada per nord-africans d’origen amazic, que van mantenir una cultura neolítica fins a l’arribada de nous colonitzadors europeus, entre el final del segle xvi i el començament del xvii. Aquests colonitzadors anaven acompanyats de cronistes, que van relatar els esdeveniments. Així, tenim un registre històric de la població del recanvi demogràfic.

H

La població estudiada es va formar, entre els segles xvi i xvii, sobre un substrat majoritàriament europeu (com informen els polimorfismes genètics), tot i que també hi resta un cert component amazic, i una petita aportació de població subsahariana occidental, que s’atribueix a la població esclava. La distribució entre sexes va ser asimètrica; encara ara es troben diferències entre el DNA mitocondrial i el cromosoma Y, que expliquen una major presència de dones que d’homes amazic. Si l’aportació demogràfica del recanvi demogràfic va ser desigual, també ho va ser l’aculturació. Els aborígens que van sobreviure es van haver d’integrar i van haver d’aprendre els costums d’una població moderna, tant els religiosos imposats per l’Església catòlica, com els laics, imposats per l’Administració reial. Canàries va ser, a l’Europa del primer Renaixement, la primera frontera ultramarina. La conseqüència que va comportar a l’únic arxipèlag poblat abans de l’arribada dels peninsulars, va ser un recanvi demogràfic i cul-

és una illa volcànica de l’Atlàntic oriental, llunyana i agrest, on els recursos no han estat abundants (fig. 1). És una illa alta, prou perquè l’altitud freni els alisis humits que vénen del nord. La condensació de núvols a la part alta de l’illa permet la recollida d’aigua en basses, un fenomen conegut com pluja horitzontal, perquè a l’illa pràcticament no hi plou i no hi ha corrents d’aigua (fig. 2). ierro

Omnis Cellula 26

La població humana

10

Juny 2011


[ Demografia històrica de l’illa de Hierro]

tural. Però, amb els viatges freqüents per conquerir les noves terres d’Amèrica, les illes aviat van ser una fita en el camí de les Índies. Tot i la posició estratègica de l’arxipèlag entre Europa, Àfrica i Amèrica, Hierro, com altres illes perifèriques, va restar força al marge de l’intercanvi. Es va veure afectada al llarg de la història per una doble o triple insularitat; és a dir, abans d’arribar a l’illa, vaixells o avions encara ara passen abans per Tenerife i, molts cops, també per La Palma o Gomera. Hem estimat que la població històrica es va formar al principi del segle xv sobre un substrat d’aproximadament un centenar i mig de bimbatxes que van sobreviure a la conquesta i als primers colons en arribar. La població es va mantenir reduïda, fins que a la segona meitat del segle xvi va arribar a l’illa el gruix de la població colonitzadora. S’estima que el 1505 hi havia a l’illa unes 155 persones; el 1592, ja hi hauria uns 1.150 habitants, i el 1638, 2.676. En aquest moment, ja havia tingut lloc el recanvi poblacional i de costums. Els habitants de l’illa vivien d’una agricultura de subsistència, de ramaderia, de recol·lecció dels productes de l’illa i de la pesca. Hi havia una certa exportació, tot i que discreta, de productes agropecuaris i també de l’orxella (Rochella tinctoria) i, durant un temps curt, d’herba del pastell (Isatis tinctoria), dos productes colorants. Episodis llargs de sequera i un jove sòl volcànic no han estat sempre generosos amb l’agricultura de l’illa, de manera que,

quan les condicions ambientals forçaven i les externes ho permetien, molts illencs emigraven, principalment a Amèrica.

La nupcialitat i les fonts A la segona meitat del segle xvi, el Concili de Trento va establir que l’Església catòlica duria el registre de les poblacions dels països on era establerta. La implantació d’aquesta norma va ser més fàcil en diòcesis de nova fundació, com les Canàries. De Hierro, tenim llibres de registre matrimonial des del 1625. En aquest treball estudiem, doncs, l’estructura demogràfica i genètica que ens expliquen les partides de matrimoni recollides entre 1625 i 1985 en els llibres canònics. Desafortunadament tenim quaranta anys de llacunes entre 1635 i 1646, entre 1720 i 1740, i entre 1826 i 1833, perquè cada segle hi va haver un incendi important a l’illa amb la pèrdua consegüent de fonts històriques; fins al punt que aquests llibres canònics pràcticament són l’única font històrica documental de la població de l’illa. El matrimoni és la unió de dues persones per a l’activitat social, econòmica i reproductiva. Així doncs, la nupcialitat és, en principi, la menys natural de les variables que caracteritzen un sistema demogràfic. És la variable demogràfica més sensible als canvis econòmics i, atès que el matrimoni condueix més o menys directament a la formació d’una llar independent, l’accés a la terra i la disponibilitat d’una feina,

Omnis Cellula 26

11

Juny 2011

tFigura 1. Les Canàries són un arxipèlag volcànic subtropical de la regió biogeogràfica de la Macaronèsia. Hierro és l’illa més occidental i meridional, la menor i la més jove de totes les illes: va sorgir de l’oceà fa uns dos milions d’anys. Les Canàries es troben a l’Atlàntic oriental; a latitud sahariana i a una distancia de la costa africana d’entre 115 i 210 km. Per la seva situació atlàntica, als segles xv i xvii l’arxipèlag aviat va deixar de ser terra de frontera per passar a ser el camí a les Índies. Imatge: ESA

qFigura 2. Hierro és una illa de forma triangular, de 278 km2 de superfície, de gairebé 100 km de perímetre, i diàmetres màxims de 33 i 17 km. En l’arc de 25 km que va deixar una esllavissada fa ara entorn de 21.000 anys, s’assoleix la màxima alçada, 1.501 m, al pic de Malpaso. Aquesta altitud en un trajecte que, si fos pla, mesuraria 5 km de costa a costa, confereix a l’illa els pendents més elevats de l’arxipèlag. Imatge: NASA


A fons Número de matrimonis i taxes per dècades

pFigura 3. Nombre de matrimonis i taxes brutes de nupcialitat per dècades a l’illa de Hierro, entre 1625 i 1985.

les circumstàncies econòmiques van actuar com a filtre en la nupcialitat. A més, en un país on nupcialitat i natalitat evolucionen de manera paral·lela, la nupcialitat reflecteix no només els canvis socials, sinó que també repercuteix en l’evolució de la població pel seu efecte en la taxa de natalitat. L’edat, el sexe, la condició econòmica, l’origen geogràfic i les expectatives, són variables individuals importants amb què les persones entren al mercat matrimonial.

Els matrimonis El comportament nupcial a l’illa s’emmarca clarament dins el model europeu occidental descrit per Hajnal, que es caracteritza per una edat elevada d’accés de les dones al matrimoni (a partir dels vint-i-cinc anys), un celibat femení elevat (del 10 al 30 %) i masculí, i una alta freqüència de segones o posteriors núpcies. Com a conseqüència d’aquesta estratègia, que va durar fins al 1940, la natalitat es veia afectada per la nupcialitat. Pel que fa al nombre de matrimonis per any, podem trobar oscil·lacions marcades, com es pot

Omnis Cellula 26

12

Juny 2011

esperar d’una població petita; i sempre es va mantenir per sota de la mitjana peninsular, llevat de tres períodes curts: entre 1661 i 1680, la dècada de 1761-1770, i entre 1941 i 1970 (fig. 3). Aquestes oscil·lacions reflecteixen les èpoques de penúria econòmica que va patir Hierro, causades per collites insuficients, que van provocar períodes de fam entre famílies no afavorides amb un repartiment equitatiu de la propietat de la terra. Aquestes adversitats van ser tan devastadores que van provocar la mort de força persones i van deixar seqüeles físiques en bona part de la població. En cercar la taxa bruta de nupcialitat, que és el nombre de matrimonis per cada mil habitants, veiem oscil·lacions delimitades en el temps, que suposem que reflecteixen les crisis ecològiques, sanitàries i socials produïdes a l’illa. Com que a les societats humanes els recursos de supervivència tendeixen a neutralitzar els esdeveniments que els són desfavorables, a Hierro les crisis se saldaven amb l’emigració (fig. 3). Aquest fenomen és segurament el factor que provoca un valor basal en la taxa de nupcialitat inferior al


[ Demografia històrica de l’illa de Hierro]

Mitjana i desviació típica dels matrimonis per mes

peninsular. No necessàriament implica que els illencs es casessin menys, sinó que podien ferho fora de l’illa. I, probablement, amb persones alienes a l’illa, cosa que explicaria el grau de celibat femení. Però aquests casos ja no formen part d’aquest estudi. Quant al comportament estacional de la nupcialitat, podem veure que és el típic d’una societat agrícola, i que reflecteix, en un cert grau, una estratègia de transhumància parcial que seguien al voltant d’un terç de les famílies de l’illa, fins ben entrat el segle xx: la mudada (fig. 4). La mudada era l’alternança de residència: primavera i tardor els passaven a l’altiplà, mentre que hivern i estiu els passaven a la zona baixa del Golfo, per optimitzar l’obtenció de recursos. Hi havia més casaments quan la població era a l’altiplà, potser perquè allà hi havia l’única parròquia de l’illa fins al 1866. Un altre comportament que reflecteix la tria de mes per casar-se en una societat catòlica és el seguiment dels preceptes de l’Església, que no celebrava gustosa els casaments en època de penitència: quaresma (que inclou el mes de març) i advent (que inclou el mes de desembre). Al Hierro destaquen el nombre de matrimonis celebrats els mesos de juliol i novembre (fig. 4). A més, el fet que les núpcies tendissin a acumular-se cap al final d’any fa pensar que es respectava la quaresma, però no l’advent, i que les unions se celebraven quan el rebost era ple.

Els contraents A partir de l’estat civil podem concloure que la major part dels contraents es van casar en primeres núpcies, però també trobem que, des de la segona meitat del segle xvii i fins a la fi del segle xix, va contraure matrimoni un percentatge

gens menyspreable de vidus i solteres (fig. 5). Aquest fet reflecteix una sobremortalitat femenina, relacionada amb el període puerperal. I també es detecta una sobremortalitat masculina, ja que el nombre de vídues és important, però entorn d’una tercera part del de dones a la mateixa època. Com en altres llocs, per als vidus era més fàcil tornar-se a casar que per a les vídues. En alguns casos, els vidus trobaven disposada la germana de la difunta. Aquesta mena de matrimoni anomenat sororàtic, es veia afavorit perquè, qui tindria millor cura de la prole? La germana de la mare, sens dubte. Hierro s’inclou en l’estratègia europea occidental en què l’edat d’accés al matrimoni és superior als 24 o 25 anys; en contrapartida a l’europea oriental, que solia ser entre els 18 i els 21 anys. Fins i tot reflecteix alguna cosa més, ja que l’edat en què tant homes com dones arribaven al matrimoni en primeres núpcies era més elevada que a la resta de la Península (fig. 6). D’una banda, endarrerir l’edat d’accés al matrimoni en condicions adverses permet que neixin menys fills, que seran menys boques per alimentar. De l’altra, l’emigració masculina, com a estratègia per minvar la crisi a l’illa, es traduïa en una edat superior d’accés al matrimoni. A partir de l’edat de les segones núpcies, podem observar que l’esperança de vida anava pujant. Tenint la diferència d’edat en el moment del matrimoni, hem extrapolat una edat mitjana de mortaldat entre les dones: als 28 anys havien mort la meitat de les dones que ho havien de fer (fig. 6). En les partides de matrimoni es feia constar la professió dels contraents en els casos més extrems, sobretot els primers temps; és a dir, en els casos en què els contraents o els pares eren militars, notaris o escrivans, d’una banda, o

Omnis Cellula 26

13

Juny 2011

pFigura 4. Mitjana dels matrimonis celebrats en tot el període, prenent com a base el coeficient de Henry, que iguala el nombre de dies per mes.


A fons Tipus de matrimoni segons l’estat civil dels contraents

Percentatge

Dècades

pFigura 5. Tipus de matrimoni segons l’estat civil dels contraents, per dècades. Es pot veure la sobremortalitat femenina en blau. Llegenda: so-sa: solter i soltera; vu-sa: vidu i soltera; so-va: solter i vídua; vu-va: vidu i vídua.

qFigura 6. Edat mitjana dels contraents a les primeres i les segones núpcies, per dècades.

esclaus, d’una altra. Creuant les professions es detecta una clara homogàmia i estratificació social entre la població de l’illa. Atès que a Hierro pràcticament no hi anava ningú, el que es detecta és que, entre els contraents, l’endogàmia era molt elevada: els qui es casaven a l’illa triaven nascuts a l’illa. A la segona meitat del segle xx va baixar al 97 % en el cas de les dones i del 92% en el cas dels homes. Ara bé, en observar amb detall on han nascut els qui es casen a l’illa, però no hi han nascut, veiem que, en el cas dels homes la localitat més representada és l’illa de Tenerife, seguida per les illes de la província; i desprès, de la de Gran Canària. Fora dels canaris, els altres homes són d’origen peninsular, de Veneçuela i de Cuba, per aquest ordre. En el cas de les dones, la distribució és similar, però un fet la fa diferent: hi ha comptades dones de procedència peninsular, però més (i també més que homes) de Cuba, Veneçuela i l’Argentina. Aques-

ta dada no ens ha d’estranyar, perquè justament aquests països llatinoamericans van ser els triats per emigrar. Quant a l’emigració, ja hem comentat que era una sortida per regular la població a Hierro. Ja des del final del segle xvii, les illes van aportar al continent americà els camperols que podien abonar el cost de l’emigració. Una població creixent en un sòl pobre, castigat per crisis i sequeres freqüents que generaven fam i misèria, se sentia atreta per la riquesa indiana. Els primers temps, molts habitants de Hierro van anar a l’Argentina i l’Uruguai; a Cuba durant la primera meitat del segle xx i, a Veneçuela, a la segona meitat. Però no tota l’emigració s’adreçava a Amèrica. Especialment des del 1931, també es triaven les illes majors, especialment Tenerife, i més endavant la Península.

Mitjana d’edat a les primeres núpcies

Mitjana en anys

Dècada Omnis Cellula 26

14

Juny 2011


[ Demografia històrica de l’illa de Hierro]

Sobretot en l’emigració a Veneçuela, hi va haver molts matrimonis per poders; és a dir, primer migrava el marit; quan estava assentat, es casaven i ella el trobava al lloc de destí. Malgrat això, com migraven més homes que dones, a les que restaven els resultava més difícil de trobar marit, de manera que l’edat d’accés al matrimoni de les que restaven a l’illa pujava, com també el celibat femení. També s’ha trobat una elevada taxa d’il·legitimitat (7%) en períodes històrics, mentre que la mitjana a Espanya era de l’1,9%. Un detall curiós és que l’edat d’accés al matrimoni de les dones que es casaven per poders i emigraven a Veneçuela era inferior a la de les que romanien a l’illa. Com també ho va ser la dels qui van retornar a l’illa des de l’Amèrica Llatina, un comportament oposat al que se sol trobar en els processos d’emigració. La interpretació d’aquestes dades és segurament l’èxit econòmic del somni americà. En les partides de matrimoni també hi consten les dispenses per consanguinitat. En estudiar-les, trobem que l’índex de parentiu va descendint al llarg dels anys i no arriba a donar valors gaire elevats (de mitjana α = 1,97). És comparable al de valls del Pirineu com Ansó, a Osca (α = 2,06), Salazar (α = 1,78) o el Pallars Sobirà (α = 1,85). Si acceptem que el costum del

nom familiar a les societats occidentals és una herència de tipus patrilineal, podem estudiar, aleshores, la coincidència dels cognoms com a indicador de parentiu, si l’origen dels cognoms és monofilètic. Òbviament hem pensat que hi podria haver infidelitats, però es neutralitzen perquè en aquest període de temps, tant els portadors d’un cognom com els de l’altre, podrien haver estat infidels. En els estudis de parentiu per isonímia hem trobat que hi ha un lleuger increment del factor no aleatori, cosa que podria reflectir una certa tendència positiva a triar individus amb el mateix cognom. I la relació de parentiu entre dispenses i isonímia sembla confirmar un polifiletisme dels cognoms. Aquest fet, el podem atribuir a la concordança de cognoms entre els primers pobladors i també a l’adquisició del cognom entre els aborígens que van sobreviure. En batejar-se, no només adquirien un nom, sinó també un cognom, i aquest podia ser el d’alguna personalitat de l’illa. Estudiant, doncs, les partides de matrimoni d’una població catòlica, com va ser la de Hierro, trobem el comportament d’una societat illenca que va viure en una terra esquerpa, que va obligar els seus habitants a aprofitar que es trobaven en el camí a les Amèriques per anar a trobar fortuna, i com alguns, efectivament, la van trobar. I

Cristina Junyent (Barcelona, 1957)

Referències bibliogràfiques Armitage, D.; Braddick, M. J. (2009). «Three concepts of

Atlantic History». The British Atlantic World. Nova York: Palgrave Macmillan.

Maca-Meyer, N.; A rnay, M. [et al] (2004). «Ancient

mtDNA analysis and the origin of the Guanches». European Journal of Human Genetics, n. 12, p. 155-162.

Díaz Padilla, G.; Rodríguez Yanes, J. M. (1990). El se-

Macías Hernández, A. (1992). La migración canaria.

Hierro hasta 1700. Santa Cruz de Tenerife: Cabildo

P érez-Moreda, V. (1986). «Matrimonio y familia. Algu-

Fregel, R.; Gomes, V. [et al] (2009). «Demographic his-

pañol en la Edad Moderna». Boletín de la Asociación

ñorío en las Canarias occidentales. La Gomera y El Insular de El Hierro, p. 582.

tory of Canary Islands male gene-pool: replacement of native lineages by European». BMC Evolutionary Biology, vol. 9, n. 181, DOI 10.1186/147/21-48/9/181.

Hajnal, J. (1965). «European marriage patterns in perspective». A: Glass, D.; Eversley, D. (ed.). Popula-

tion in History: Essays in historical demography. Londres: Edward Arnold.

Junyent, C. «Biodemografía de la isla de El Hierro: estructura demográfica y genética de la Isla del Meridiano», 1996, Barcelona: Universitat de Barcelona. [Tesi doctoral]

Oviedo: Ediciones Júcar, p. 242.

nas consideraciones sobre el modelo matrimonial esEspañola de Demografía Histórica, vol. 3-51.

iv,

n. i, p.

R eher D.-S. (1994). «Las dimensiones del mercado matrimonial en España durante la Restauración». Boletín

de la Asociación Española de Demografía Histórica, vol. xii, n. 2/3, p. 45-77.

Rowland, R. (1988), «Sistemas matrimoniales en la Península Ibérica (siglos

xvi-xix).

Una perspectiva region-

al». A: P érez Moreda, V.; R eher D.-S. Demografía histórica en España. Madrid: Ediciones El Arquero.

Sánchez P erera, S. (2008). La mudada al valle de El Golfo. El Hierro. Valverde: Ashero, p. 111.

Omnis Cellula 26

15

Juny 2011

Cristina Junyent és doctora en biologia, precisament amb una tesi sobre la biodemografia de l’illa de Hierro. Després s’ha dedicat a la divulgació científica. Actualment és directora de la Fundació Ciència en Societat i editora en cap d’Omnis Cellula. Ha col·laborat en el programa Einstein a la platja, de BTV, i en el programa REDES, de TV2. És autora amb Jaume Bertranpetit del llibre Viatge als orígens, premi de divulgació científica, editat per Bromera el 1997. Va ser editora del monogràfic Comunicar Ciència (Treballs de la Societat Catalana de Biologia, 2001, n. 51) i redactora i editora a Biosfera, editada per Enciclopèdia Catalana. Ha dut la comunicació de la recerca a la UPF (2001-2003) i al CREAF (20062009). Entre altres diaris i revistes ha publicat a La Vanguardia, a Mètode i a Transversal.


Vulnerabilitats del litoral mediterrani al canvi global Escrit per

Diana Pascual i Eduard Pla Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF)

La conca mediterrània pot esdevenir una de les zones del planeta més vulnerables al canvi climàtic. Així ho assenyalen els estudis científics internacionals que prediuen augments rellevants de temperatura i descensos de precipitació en aquesta àrea al llarg del segle XXI. Quines implicacions sobre el territori pot tenir un futur més àrid? Quina serà la resposta dels ecosistemes naturals, agrícoles i urbans? Com condiciona el model d’ocupació del territori la pressió sobre recursos com l’aigua? Mirar de donar resposta a aquestes qüestions és l’objectiu principal del projecte ACCUA (Adaptacions al Canvi Climàtic en l’Ús de l’Aigua), que ha identificat les vulnerabilitats enfront del canvi global de tres conques de rius mediterranis i treballa per oferir-hi propostes d’adaptació.

Omnis Cellula 26

16

Juny 2011


[ Vulnerabilitats del litoral mediterrani al canvi global ]

H

ha força consens científic a l’hora de predir que l’àrea mediterrània serà una de les zones del món més afectades pel canvi climàtic. Tots els models més recents coincideixen a apuntar que el clima, en aquesta regió, esdevindrà al llarg d’aquest segle més càlid que l’actual i més sec (fig. 1). Pel fet de ser una zona de transició biogeogràfica, la Mediterrània és, a més, un dels biomes més sensibles als canvis en els patrons i règims climatològics. i

En general, les prediccions d’aquí al final del segle per a la Mediterrània assenyalen un increment de la temperatura mitjana anual superior al de la resta del món, i amb un augment superior a l’estiu. Alhora, també es preveu un descens generalitzat de les precipitacions anuals, especialment a l’estiu, de manera que hi haurà menys dies de pluja i períodes més llargs sense precipitacions. Els canvis previstos tindran més o menys severitat segons l’evolució de les emissions de gasos d’efecte hivernacle a l’atmosfera. Tot i que deixéssim d’emetre aquests gasos avui, el clima continuaria canviant durant unes quantes dècades. A la Mediterrània, els impactes esperats poden tenir, a petita escala (regional i local), una

magnitud i significació diversa, ja que es tracta d’una regió amb una elevada variabilitat temporal i espacial de les condicions ambientals. En aquest sentit, l’anàlisi de la resposta territorial als canvis previstos requereix una escala de treball amb prou detall per entendre aquesta variabilitat d’impactes i la integració dels processos socioeconòmics que hi interaccionen. Canvi global al litoral català: el cas de les conques del Fluvià, la Tordera i el Siurana El projecte ACCUA ha avaluat la vulnerabilitat territorial al canvi global (sumant les implicacions derivades dels canvis d’usos del sòl previstos a l’efecte del canvi climàtic) en tres conques representatives de la franja litoral catalana: el Fluvià, la Tordera i el Siurana (fig. 2). El projecte s’ha focalitzat, especialment, en l’avaluació dels efectes del canvi en la disponibilitat d’aigua. Comparables en superfície, les tres conques representen climàticament un gradient latitudinal al llarg del litoral català i recullen una diversitat interna de condicions ambientals, d’usos i pressions que les fa especialment interessants. Alhora, són conques gens o molt poc regulades, ja que només el Siurana disposa de tres petits embassaments. Es tracta de conques eminentment forestals que han registrat unes tendèn-

Omnis Cellula 26 25

17

Juny 2011 2010 Desembre

tFigura 1. Canvis en la temperatura (a dalt) i de la precipitació (a baix) a Europa a partir de les simulacions de vint-iun models globals, per a l’escenari A1B. S’hi mostren les diferències entre el període 2080-2099 i 1980-1999, d’esquerra a dreta, per la mitjana anual, la d’hivern i la d’estiu. Font: IPCC Christensen et al., 2007.

qFigura 2. Conques d’estudi del projecte ACCUA.


A fons març, així com un petit augment el mes de gener.

cies comunes en les darreres dècades pel que fa a un augment lleu de la superfície forestal, la pèrdua de terrenys agrícoles i l’increment de la superfície artificial (fig. 3). Una anàlisi del clima històric a les conques estudiades ha constatat augments de la temperatura consistents amb els registrats globalment en aquesta regió litoral catalana (al voltant d’1,25 ºC en el període 1951-2000), amb augments més notables de les temperatures màximes. La precipitació anual no ha experimentat canvis significatius a les conques en el mateix període, tot i que s’han registrat descensos significatius els mesos de juliol i

pFigura 3. Usos principals del sòl de les conques estudiades en el projecte ACCUA. S’hi mostren les dades de les tres edicions disponibles del Mapa de cobertes del sòl de Catalunya (MCSC 1993, 2000 i 2005).

uFigura 4. Canvis en els cabals de manteniment a les conques del Fluvià i la Tordera. A l’esquerra, s’hi mostren els dies amb cabal inferior al cabal de manteniment per al període de referència. A la dreta, s’hi mostren els increments en nombre de dies en períodes futurs respecte al període de referència.

Omnis Cellula 26

18

Juny 2011

Les projeccions climàtiques que s’han adoptat provenen de la regionalització climàtica per a Catalunya proporcionada pel Servei Meteorològic de Catalunya (SMC), que ha generat sèries climàtiques futures (2001-2100) i per al període de referència (1971-2000) a una elevada resolució espacial i temporal. Les sèries del SMC preveuen dos escenaris d’emissions globals definits pel Grup Intergovernamental d’Experts sobre el Canvi Climàtic (IPCC, per les sigles en anglès). El primer és l’escenari A2, que representa els efectes sobre el clima d’un creixement econòmic i demogràfic elevat amb un augment d’escalfament global mitjà al final del segle de 3,5 ºC respecte al període 1980-2000. El segon és l’escenari B1, que implica un desenvolupament més racional amb una reducció del consum de recursos, la utilització de fonts d’energia netes i eficients, i una població global estabilitzada amb un augment d’1,8 ºC de l’escalfament global. Aquestes projeccions s’han utilitzat a ACCUA per predir la resposta de les conques al canvi climàtic a partir de diferents tècniques de modelització. En aquest article ens fem ressò d’alguns resultats rellevants d’ACCUA en relació amb l’evolució al llarg del segle xxi de diversos indicadors de les vulnerabilitats futures d’aquestes tres conques en l’escenari climàtic més desfavorable (A2). Concretament, analitzarem els impactes


[ Vulnerabilitats del litoral mediterrani al canvi global ]

sobre els cabals de manteniment dels rius, els canvis en la idoneïtat climàtica de les espècies forestals i, finalment, les variacions en el risc meteorològic d’incendi. Evolució dels cabals de manteniment Entesos com a sistemes de drenatge de l’aigua dolça, els cursos fluvials presenten una forta variabilitat segons la localització i les condicions climàtiques, geomorfològiques i biològiques on es troben. Aquesta variabilitat hidrològica és bàsica per mantenir-ne les característiques, com són la morfologia, l’habitabilitat i el manteniment de comunitats biològiques. No obstant això, la pressió que les activitats humanes exerceixen sobre els cursos fluvials pot arribar a comprometre’n el funcionament. En aquest context, l’Agència Catalana de l’Aigua (ACA), com a ens gestor dels cursos fluvials i en consonància amb els objectius de la Directiva marc de l’aigua (DMA), va establir el 2005 un règim de cabals de manteniment (ambiental) que han de circular pels sistemes fluvials que faci compatible els usos amb la conservació de la qualitat ambiental. Aquest règim de cabals de manteniment és específic per a cada punt significatiu de la xarxa fluvial principal de les conques internes de Catalunya i varia de manera mensual segons la disponibilitat d’aigua. Per a les conques del Fluvià i la Tordera, el Pla Sectorial de Cabals de Manteniment proposa més d’una vintena de punts significatius, tant en els cursos principals com en els afluents. En el cas del Siurana, el Pla no disposa d’informació de base suficient per fer-ne una anàlisi tan detallada. En el marc del projecte ACCUA hem analitzat l’evolució dels cabals al llarg del segle xxi sota els escenaris de canvi climàtic. Amb aquest propòsit, es va seleccionar el model hidrològic Soil and Water Assesment Tool (SWAT), desenvolupat el 2009 pel Departament d’Agricultura dels Estats Units (USDA), adient per fer simulacions contínues i distribuïdes del balanç hídric. En una primera fase del projecte, el model es va calibrar amb les dades de cabal observades a les

estacions d’aforament de l’ACA per al període 1984-2008 (vint-i-cinc anys). Una vegada calibrat el model SWAT amb les dades observades, s’han fet simulacions que han incorporat el canvi climàtic amb les sèries climàtiques futures del SMC. Un cop examinats els resultats de cabals, s’ha fet una anàlisi del nombre de dies a l’any en què el cabal no supera el valor de cabal de manteniment proposat per l’ACA. Com a període control o referència, s’ha pres el nombre mitjà de dies de 1984-2008 i s’ha comparat amb dos períodes futurs: a curt termini (2006-2030) i a llarg termini (20762100). Els resultats mostren que, durant el període de referència o control, ja hi ha trams de riu, especialment a la capçalera, on els cabals circulants són inferiors als cabals ambientals (fig. 4). Si analitzem els efectes del canvi climà-

tFigura 5. Idoneïtat bioclimàtica per a tres espècies forestals a les tres conques estudiades. A dalt, s’hi mostren els canvis d’idoneïtat del faig per al Fluvià; al mig, el cas del roure a la Tordera, i, a baix, el cas de l’alzina al Siurana. En vermell es representen els indrets on actualment hi ha aquesta espècie i que no seran aptes en el futur. En groc s’hi mostren les zones subòptimes i, en verd, les zones òptimes.

tic sobre els cabals a curt termini no s’observen canvis significatius en el nombre de dies amb cabals inferiors a l’ambiental, fora d’alguns trams a les capçaleres. Si l’anàlisi es fa a llarg termini, s’observa que al Fluvià i a la Tordera hi ha trams, principalment a la zona de capçalera, on s’incrementen en més de seixanta i noranta el nombre de dies en què els cabals no arriben al mínim ambiental. Idoneïtat climàtica de boscos La idoneïtat climàtica d’un bosc es pot definir com el conjunt de característiques climàtiques que permeten que aquell bosc prosperi i es desenvolupi en un lloc concret. En un context de canvi climàtic, aquestes característiques podrien esdevenir en un futur menys adequades per a les comunitats actuals, fet que podria com-

Omnis Cellula 26 25

19

Juny Desembre 2011 2010


A fons prometre’n la viabilitat. Tot aprofitant les sèries climàtiques futures del SMC, es va analitzar la vulnerabilitat dels boscos actuals a l’efecte del canvi climàtic.

futur. Les espècies esclerofil·les i perennifòlies, com ara l’alzina (Quercus ilex) i el pi blanc (Pinus halepensis), passarien a trobar condicions òptimes en zones de cotes més elevades.

Per definir l’estat actual dels boscos i poder-ne projectar la situació futura, es va emprar el Bioclimatic Envelope Algorithm (BIOCLIM), dissenyat per identificar de manera simple les àrees que tenen un clima propici per a una espècie concreta. A partir de la localització actual de l’espècie i segons una sèrie de variables explicatives, l’algoritme estima envolupants bioclimàtiques, és a dir, combinacions d’aquestes variables on estadísticament es pot desenvolupar l’espècie, i classifica els punts en zones òptimes, subòptimes i no aptes per a l’espècie estudiada. Com a variables explicatives s’han adoptat la precipitació mitjana anual i la temperatura mitjana del mes més fred. En aplicar el model a les condicions futures, es poden representar canvis en la idoneïtat de totes les espècies d’arbres presents a les conques d’estudi (fig. 5).

Risc d’incendi Una de les vulnerabilitats territorials més rellevants a l’àrea mediterrània és el risc d’incendi. Estudis observacionals ja han trobat correlacions molt consistents entre les variables climatològiques i els índexs de risc d’incendi forestal, així com amb el nombre i l’àrea dels incendis.

Els resultats del model BIOCLIM mostren que les espècies pròpies de zones més humides que actualment es troben en el seu moment òptim, com ara el faig (Fagus sylvatica), el roure martinenc (Quercus humilis) i el pi roig (Pinus sylvestris), al final del segle es podrien trobar en condicions subòptimes. Aquestes mateixes espècies en zones actualment subòptimes en podrien veure compromesa la viabilitat en un

uFigura 6. Nombre de dies amb un valor de DC superior a 800 (risc extrem de patir un gran incendi) per a les diferents conques estudiades (Fluvià, Tordera i Siurana).

Omnis Cellula 26

20

Juny 2011

En aquest treball hem adoptat l’índex Drought Code (DC), del Canadian Forest Fire Weather Index System. Es tracta d’un estimador de la sequedat acumulada del combustible tot prenent en consideració la temperatura màxima diària i la precipitació acumulada. Treballs recents a Catalunya amb aquest indicador estableixen una correlació significativa entre els valors de l’índex DC i l’augment exponencial de l’àrea cremada observada, alhora que assenyalen el llindar de valors de DC 600-800 perquè consideren que el risc de tenir un gran incendi és molt elevat. Els resultats (fig. 6) mostren aquesta tendència creixent a l’augment de dies amb risc extrem, especialment rellevant en les condicions del final del segle. Conclusions En el marc del projecte ACCUA, s’han avaluat les vulnerabilitats territorials futures en tres


[ Vulnerabilitats del litoral mediterrani al canvi global ]

conques representatives de la franja litoral catalana: el Fluvià, la Tordera i el Siurana.

manteniment segons les futures condicions climàtiques previstes a cada conca.

En aquest treball hem presentat alguns dels impactes esperats en tres indicadors prou rellevants d’aquestes vulnerabilitats: la disminució dels cabals, els canvis d’idoneïtat de les espècies forestals i l’augment del risc meteorològic d’incendi. Aquest tipus d’anàlisi anticipen les dinàmiques que es poden produir al territori a partir d’eines de modelització i permeten una aproximació cabdal en la definició d’estratègies d’adaptació a escala local.

Pel que fa als boscos, aquests resultats permeten delimitar les zones i les espècies més sensibles a les noves condicions, ja sigui d’eixut, de risc d’incendi o d’ambdós factors. Les estratègies de gestió forestal s’han de dissenyar específicament, però s’han d’encaminar a afavorir estructures més robustes a l’estrès hídric i més resistents al foc.

En el cas dels cabals de manteniment, disposar d’aquests resultats pot ser molt rellevant a l’hora de plantejar projectes de protecció d’espais especialment sensibles i, fins i tot, per redissenyar els requeriments dels cabals de

El planejament i la gestió territorial s’han de fonamentar en la comprensió dels processos implicats a escala de treball local, tot integrant els impactes futurs del canvi global en els diferents sistemes ecològics des d’una perspectiva multidisciplinària. El projecte ACCUA vol fer una aportació rellevant en aquest repte. I

Agraïments El treball presentat s’emmarca en el projecte ACCUA (http://www.creaf.uab.cat/accua), coordinat per Jaume Terradas i Javier Retana des del CREAF. El programa compta amb la participació dels investigadors Gonzalo Olivares, Karim Tamoh, Lucila Candela i Manuel Gómez, de la UPC; Carme Biel i Robert Savé, de l’IRTA; Jaume Fons i Roger Milego, de l’ETC-SIA, i Joan Albert LópezBustins, de la UB. També ha comptat amb l’assessorament extern de l’Agència Catalana de l’Aigua. El projecte ha estat finançat per l’Obra Social de CatalunyaCaixa (http://www.catalunyacaixa.cat/ obrasocial). Les projeccions climàtiques regionalitzades per a Catalunya han estat facilitades pel Servei Meteorològic de Catalunya. Agraïm notablement les aportacions de Miquel Ninyerola (UAB) i Lasse Loepfe (CREAF) al disseny de les anàlisis realitzades.

Diana Pascual i Eduard Pla (Valladolid, 1980) (Barcelona, 1974)

Referències bibliogràfiques Agència Catalana de l’Aigua (2005). «Pla Sectorial de Cabals de Manteniment de les conques internes de Catalunya», novembre de 2005. Barreda-Escoda, A.; Cunillera, J. (2010). «Study of the precipitacion evolution in Catalonia using a mesoscale model (1971-2000)». Advanced Geosciences, vol. 26, p. 1-6. Christensen, J. H. [et al.] (2007). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge; Nova York: Cambridge University Press. Lavorel, S. [et al.] (1998). «Mediterranean terrestrial ecosystems: research priorities on global change effects». Global Ecology and Biogeography, núm. 7, p. 157-166. Lloret, F. [et al.] (2009). Atles de planes llenyoses dels boscos de Catalunya. Bellaterra: Lynx Edicions.

Piñol, J. [et al.] (1998). «Climate warming, wildfire hazard, and wildfire occurrence in Coastal Eastern Spain». Climatic change, núm. 38, p. 345357. Ribas, A. [et al.] (2010). «Climate Change at the Local Scale: Trends, Impacts and Adaptations in a Northwestern Mediterranean Region (Costa Brava, NE Iberian Peninsula)». The International Journal of Climate Change: Impacts and Responses, vol. 2, núm. 1, p. 247-264. Loepfe, L. [et al.] (2010). «Feedbacks between fuel reduction and landscape homogenization determine fire regimes in three Mediterranean areas». Forest Ecology and Management, núm. 249, p. 2366-2374.

Omnis Cellula 26

21

Juny 2011

Diana Pascual (Valladolid, 1980) i Eduard Pla (Barcelona, 1974) són els coordinadors del projecte ACCUA. Diana Pascual és enginyera de forests per la Universitat de Lleida. Des del 2009 treballa al CREAF coordinant el projecte esmentat. Eduard Pla és llicenciat en ciències ambientals per la Universitat Autònoma de Barcelona i va obtenir el grau de doctor en ecologia el 2002. Des aleshores treballa al CREAF en projectes relacionats amb els boscos i el canvi climàtic.


El Ferro, la llaminadura i el verí dels bacteris Escrit per

Susana Campoy, Montserrat Llagostera i Jordi Barbé Grup de Microbiologia Molecular, Departament de Genètica i Microbiologia, Facultat de Biociències, Universitat Autònoma de Barcelona

El ferro és vital per a gairebé tots els organismes vius, atès el paper crucial que té en nombrosos processos biològics. Però, a concentracions inadequades, aquest element és un verí per a qualsevol cèl·lula. Per això, els éssers vius disposen de mecanismes que en controlen la concentració. Així, els vertebrats tenen sistemes que segresten ferro per evitar-ne l’efecte deleteri. A més, el segrest té un altre efecte positiu per a aquests animals, ja que el ferro no estarà disponible per al desenvolupament dels bacteris patògens que els puguin infectar. En resposta, els patògens bacterians han desenvolupat diverses estratègies de captura del ferro segrestat.

Omnis Cellula 26

22

Juny 2011


[ El ferro, la llaminadura i el verí dels bacteris ]

P

tots els organismes vius necessiten ferro per als seus processos cel· lulars. La facilitat d’aquest element per guanyar o perdre electrons el converteixen en un cofactor ideal i versàtil per a nombroses proteïnes. Per aquest motiu, tret d’uns quants bacteris que l’han substituït per manganès —com Borrelia burgdoferi, responsable de la malaltia de Lyme, o alguns lactobacils no patògens—, la resta d’éssers vius necessiten incorporar ferro en petites quantitats per assegurar el funcionament de moltes funcions cel·lulars, que van des de la generació d’energia fins a la replicació del DNA. ràcticament

Tot i que el ferro és un dels elements més abundants a l’escorça terrestre, la seva disponibilitat per als éssers vius no és tan gran com es podria pensar. Així, en ambients aeròbics i amb pH neutre, el ferro es troba en forma oxidada (Fe3+), i dóna lloc a precipitats insolubles d’hidròxid fèrric. Només en ambients anòxics o de baix pH, el ferro està en forma reduïda (Fe2+), que és soluble i, per tant, disponible per als éssers vius. D’altra banda, en solució aquosa a l’interior dels organismes, i mitjançant diverses reaccions, el ferro pot generar radicals i produir

importants lesions als éssers vius. Aquests radicals són altament reactius amb diferents biomolècules (àcids nucleics i lípids, entre d’altres). Per això, tots els organismes han desenvolupat tant sistemes per obtenir quantitats suficients de ferro per al seu desenvolupament com mecanismes d’emmagatzematge i de control de la concentració d’aquest element per evitar-ne els efectes deleteris (taula 1). Quan els bacteris patògens infecten organismes superiors es troben en un ambient amb una concentració de ferro lliure extraordinàriament baixa. De fet, una de les primeres línies de defensa contra la infecció bacteriana és la retenció o segrest de nutrients, en especial de ferro (taula 1), per part de l’hoste en un procés anomenat immunitat nutricional. En la majoria de vertebrats, el ferro intracel· lular està associat a proteïnes d’emmagatzematge, com ara la ferritina i l’hemosiderina, o bé acomplexat en l’anell de porfirina del grup hemo com un cofactor de l’hemoglobina o la mioglobina. En l’àmbit extracel·lular, la major part de ferro es troba associat a proteïnes i el poc ferro lliure circulant està en forma de Fe3+, atès que

Omnis Cellula 26

23

Juny 2011

qTaula 1. Mecanismes de l’hoste per controlar la concentració del ferro lliure.


A fons

uFigura 1. Esquema dels diferents sistemes bacterians de captació de ferro.

l’ambient és aeròbic i el pH, neutre. Així, en sèrum, limfa i líquid cefaloraquidi, el ferro està associat a la transferrina, una proteïna d’elevada afinitat per aquest element encarregada de transportar-lo fins a les cèl·lules. A les mucoses del tracte digestiu, urinari i genital, així com a la resta de fluids corporals, excepte a l’orina, el ferro lliure és segrestat eficientment per la lactoferrina, proteïna secretada per neutròfils i per cèl·lules epitelials, i que, com la transferrina, té una elevada afinitat pel ferro. Tots aquests factors asseguren que la concentració de ferro disponible pels bacteris patògens sigui molt més baixa de la que necessiten per desenvolupar-se a l’interior de l’hoste. A més, quan aquest detecta la presència de patògens dispara, mitjançant citocines i altres molècules, un seguit de respostes encaminades a disminuir encara més la concentració del ferro existent al lloc de la infecció i a transportar-lo cap a zones menys accessibles per als patògens (taula 1). La importància de la immunitat nutricional, i la del ferro en particular, es fa palesa per la susceptibilitat més elevada a les infeccions bacterianes que tenen els individus amb una major concentració de ferro lliure en l’organisme, provocada per algunes malalties genètiques humanes, com la talassèmia o l’hemocromatosi. Igualment, l’administració d’un excés de ferro augmenta la virulència de molts patògens en models animals.

Omnis Cellula 26

24

Juny 2011

La captació de ferro per bacteris El poc Fe2+ lliure que hi ha a l’interior de l’hoste pot arribar al citoplasma bacterià a través de transportadors inespecífics, però és del tot insuficient per al bacteri. Per això, i malgrat els mecanismes de segrest de ferro dels hostes, la majoria de patògens bacterians superen l’escassetat d’aquest oligoelement gràcies al desenvolupament de diversos mecanismes d’alta afinitat de captació de ferro (MCF). Aquests mecanismes es basen en la producció de sideròfors, l’adquisició de grups hemo i la síntesi de receptors de determinades proteïnes de l’hoste (fig. 1). Sintetitzats i excretats pels bacteris, els sideròfors són molècules de baix pes molecular capaces de quelar ferro amb una elevadíssima constant d’associació. L’avidesa pel ferro els permet competir eficientment amb la transferrina i la lactoferrina de l’hoste i, fins i tot, robar el ferro segrestat per aquestes proteïnes. Quan els sideròfors han quelat ferro, són reconeguts per receptors específics de la paret bacteriana. Això permet la internalització del complex sideròfor-ferro i, un cop al citoplasma, s’allibera l’ió ferro. Es coneixen patògens bacterians que no sintetitzen sideròfors, i en canvi capten sideròfors sintetitzats per altres bacteris; això és possible perquè presenten receptors de superfície específics d’aquests sideròfors aliens.


[ El ferro, la llaminadura i el verí dels bacteris ]

Un altre MCF dels bacteris és la incorporació de molècules pròpies de l’hoste que continguin ferro. Així, l’adquisició de grups hemo per part dels bacteris es basa en la presència en la superfície bacteriana de receptors que reconeixen específicament el grup hemo o bé el grup hemo associat a hemoproteïnes. El grup hemo s’extreu de les hemoproteïnes i, mitjançant un transportador específic, es condueix fins al citoplasma bacterià, on s’allibera gràcies a l’acció d’oxigenases o ferroquelatases reverses. En alguns casos, els bacteris també produeixen els anomenats hemòfors, molècules anàlogues funcionalment als sideròfors, si bé tenen com a diana el grup hemo. Gràcies a un transportador específic, el poden captar directament des de les hemoproteïnes que el contenen i translocar-lo al citoplasma bacterià. El tercer MCF, àmpliament distribuït entre els bacteris, es basa en la síntesi de receptors de superfície que reconeixen proteïnes pròpies de l’hoste segrestadores de ferro, com ara la lactoferrina, la transferrina o la ferritina. Aquest mecanisme és capaç d’extreure el ferro associat a aquestes proteïnes i translocar-lo al citoplasma bacterià. Cada patogen bacterià pot presentar un o diversos MCF, i deficiències en aquests mecanismes provoquen una disminució de la capacitat infectiva del patogen. L’estructura i els components dels MCF estan relacionats amb el tipus de paret bacteriana (fig. 2). Els bacteris gramnegatius necessiten MCF molt sofisticats, formats normalment per

un receptor ancorat a la membrana externa, una proteïna que facilita el pas a través de l’espai periplasmàtic, un sistema d’aportació d’energia i un complex transportador, situat a la membrana cel·lular, que s’encarrega de la translocació final del ferro al citoplasma. En canvi, en bacteris grampositius els complexos transportadors són estructuralment més senzills, ja que no cal travessar cap membrana externa. Regulació de la concentració intracel· lular de ferro en bacteris En termes energètics, la síntesi i manteniment dels MCF és molt costosa per als bacteris, per això sembla raonable que disposin d’algun mecanisme que els permeti la síntesi dels components dels MCF només si els necessiten. D’altra banda, una elevada concentració intracel·lular de ferro lliure és molt perillosa, ja que pot reaccionar amb H2O2 o peròxids lipídics presents en el citoplasma cel·lular (reacció de Fenton/Haber-Weiss) i generar radicals altament reactius com OH*, LO* i LOO*. Aquestes formes reactives d’oxigen provoquen lesions en diverses molècules i també en el material genètic. Per això, els bacteris controlen estretament la concentració intracel·lular de ferro, tot modulant els sistemes d’emmagatzematge al citoplasma cel·lular i sintetitzant els components de captació de ferro només quan són estrictament necessaris. Aquest control, l’exerceixen reguladors transcripcionals: proteïnes que interaccionen amb el DNA i que controlen l’expressió gènica ajustant-la a les necessitats de cada moment.

tFigura 2. Components dels sistemes de captació de ferro dels bacteris grampositius i gramnegatius. Llegenda: Membrana externa (ME), espai periplasmàtic (EP), peptidglicà (PG), membrana cel·lular (MC) i citoplasma (C).

Omnis Cellula 26

25

Juny 2011


A fons

uFigura 3. Acció del regulador transcripcional Fur sobre el control de l’homeòstasi de ferro en bacteris.

El regulador transcripcional més conegut de captació de ferro és la proteïna Fur ( ferric uptake regulator). Aquest regulador incorpora Fe2+, per formar el complex Fur-Fe2+, que és capaç d’interaccionar amb determinades regions del DNA per modular l’expressió dels gens bacterians (fig. 3). El regulador Fur és el sensor del nivell de ferro intracel·lular dels bacteris. Quan aquest nivell és elevat es forma el complex Fur-Fe2+, que bloqueja la síntesi dels MCF i evita l’augment de ferro al citoplasma cel·lular. A més, el complex Fur-Fe2+ també activa la síntesi de proteïnes d’emmagatzematge, com la bacterioferritina, i la d’altres enzims destoxicadors, com la superòxid-dismutasa, i evita els efectes deleteris de l’excés de ferro. En canvi, quan el nivell de ferro és baix, no es forma el complex Fur-Fe2+ i, per tant, no es bloqueja la síntesi dels MCF ni s’activen els sistemes d’emmagatzematge o de protecció. Atesa l’escassetat de ferro lliure en els vertebrats, la disminució del nivell de ferro és per a molts patògens bacterians un senyal indicatiu que es troben a l’interior de l’hoste i que han d’activar els mecanismes del procés infectiu. En conseqüència, el regulador Fur no només controla l’expressió de gens implicats directament en la captació de ferro sinó que també modula processos associats al desenvolupament de la infecció (fig. 3), com ara els implicats en la colonització de teixits i la defensa enfront de la resposta immunitària de l’hoste.

Omnis Cellula 26

26

Juny 2011

Els sistemes de captació de ferro i el dis· seny de vacunes La baixa disponibilitat de ferro als hostes origina que els patògens hagin d’expressar els MCF durant la major part del procés infectiu. Això significa que a la superfície bacteriana s’exposen un seguit de proteïnes dels MCF que són possibles dianes de la resposta immunitària humoral de l’hoste. De fet, la unió d’anticossos específics a aquestes proteïnes impedeix que el bacteri capturi ferro, tot evitant-ne el desenvolupament, i en molts casos també hi ha un efecte bactericida per l’acció addicional del complement. L’augment del nombre de bacteris patògens resistents a antimicrobians és un problema seriós que afecta la lluita contra les malalties infeccioses, ja que disminueix l’arsenal de fàrmacs útils per combatre-les. Aquesta situació ha posat en evidència la necessitat de cercar noves estratègies per a la prevenció i el tractament d’aquestes malalties. En aquest context, la immunogenicitat elevada de les proteïnes dels MCF les converteix en candidates idònies per ser usades com a diana per dissenyar noves vacunes. En aquesta línia, una primera estratègia ha estat utilitzar transportadors de ferro o sideròfors com a elements de vacunació. Experimentalment, s’han provat amb èxit vacunes basades, per exemple,


[ El ferro, la llaminadura i el verí dels bacteris ]

en el transportador de ferro FetA de Neisseria meningitidis; en l’hemòfor Isd de Staphylococcus aureus; en els receptors de sideròfors IroN d’Escherichia coli i d’hemoglobina HgbA d’Haemophilus ducreyi, i en diferents proteïnes de superfície de Streptococcus suis. En canvi, aquesta estratègia no ha reeixit en altres patògens bacterians, en particular en aquells que tenen diferents MCF, atès que el bloqueig de només un d’aquests mecanismes no evita la incorporació de ferro. Aquesta situació s’ha superat en dissenyar vacunes basades en cèl·lules inactivades del patogen després d’haver crescut en condicions d’escassetat de ferro. En aquestes condicions, els bacteris presenten a la superfície tota la bateria de proteïnes de captació de ferro. Aquesta estratègia s’ha utilitzat amb èxit per al disseny de vacunes contra Salmonella enterica, si bé té limitacions ja que el creixement dels bacteris és molt limitat en les condicions de cultiu esmentades. El nostre grup de recerca ha desenvolupat una estratègia alternativa basada en

la construcció d’una soca vacunal defectiva per al regulador Fur. Per tant, les cèl·lules d’aquest mutant expressen totes les proteïnes superficials implicades en la captació de ferro encara que n’hi hagi al medi. Aquesta estratègia s’ha usat amb èxit per obtenir una vacuna contra Pasteurella multocida. La pasteurel·losi afecta diferents tipus d’animals salvatges i ramaders i és responsable de grans pèrdues econòmiques arreu del món. De ben segur no es coneixen totes les interaccions hoste-patogen al voltant del ferro, ja que només s’han estudiat alguns dels senyals i part de l’armament de què disposen ambdós tipus d’organismes per captar-lo i, alhora, evitar-ne l’efecte nociu. Per això, aprofundir en l’estudi d’aquestes interaccions permetrà en un futur desenvolupar noves estratègies per dissenyar vacunes, i potser també descobrir noves dianes d’acció d’antibacterians per lluitar contra les malalties infeccioses. I

Jordi Barbé (Barcelona, 1955)

Referències bibliogràfiques Andreini, C. [et al.] (2008). «Metal ions in biological catalysis: from enzyme databases to general principles». Journal of Biological Inorganic Chemistry, núm. 13, p. 1205-1218. Aranda, J. [et al.] (2008). «Analysis of the protective capacity of three Streptococcus suis proteins induced under divalent-cation-limited conditions». Infection and Immunity, núm. 76, p. 1590-1598. Bosch, M. [et al.] (2002). «Characterization of the Pasteurella multocida hgbA gene encoding a hemoglobin-binding protein». Infection and Immunity, núm. 70, p. 5955-5964. Bosch M. [et al.] (2004). «Pasteurella multocida contains multiple immunogenic haemin- and haemoglobin-binding proteins». Veterinary Microbiology, núm. 99, p. 103-112. Carpenter, B. M. [et al.] (2009). «This is not your mother’s repressor: the complex role of fur in pathogenesis». Infection and Immunity, núm. 77, p. 2590-2601. Ganz, T.; Nemeth, E. (2006). «Regulation of iron acquisition and iron distribution in mammals». Biochimica et Biophysica Acta, núm. 1763, p. 690-699. Garrido, M. E. [et al.] (2003). «fur-independent regulation of the Pasteurella multocida hbpA gene encoding a haemin-binding protein». Microbiology, núm. 149, p. 2273-2281.

Garrido, M. E. [et al.] (2008). «Heterologous protective immunization elicited in mice by Pasteurella multocida fur ompH». International Microbiology, núm. 11, p. 17-24. Hantke, K. (1981). «Regulation of ferric iron transport in Escherichia coli K12: isolation of a constitutive mutant». Molecular General Genetics, núm. 182, p. 288-292. Hentze, M. W. [et al.] (2010). «Two to tango: regulation of mammalian iron metabolism». Cell, núm. 142, p. 24-38. Teixidó, L. [et al.] (2011). «Fur activates the expression of Salmonella enterica pathogenicity island 1 by directly interacting with the hilD operator in vivo and in vitro». PLoS ONE. [En premsa] Ratledge, C.; Dover, L. G. (2000). «Iron metabolism in pathogenic bacteria». Annual Review of Microbiology, núm. 54, p. 881-941. Schaible, U. E.; Kaufmann, S. H. (2004). «Iron and microbial infection». Nature Reviews Microbiology, núm. 2, p. 946-953. Skaar, E. P. (2010). «The battle for iron between bacterial pathogens and their vertebrate hosts». PLoS Pathogens, núm. 6, e1000949. Weinberg, E. D. (2009). «Iron availability and infection». Biochimica et Biophysica Acta, núm. 1790, p. 600-605.

Omnis Cellula 26

27

Juny 2011

Montserrat Llagostera (Barcelona, 1954)

Susana Campoy (Terrassa, 1975) Jordi Barbé i Montserrat Llagostera són catedràtics de microbiologia de la UAB i coordinen el Grup de Microbiologia Molecular. Susana Campoy és professora agregada de la UAB i la coordinadora júnior del grup. Els seus camps d’interès són els mecanismes de reparació bacteriana i la seva relació en patogènia, els sistemes bacterians de captació de cations divalents i el desenvolupament de noves vacunes i la resistència a antibacterians i la teràpia fàgica. El grup ha publicat més de dos-cents articles internacionals i ha patentat i llicenciat una vacuna contra P. multocida, basada en els seus mecanismes de captació de ferro.


Simon A. Levin Catedràtic de biologia de la Universitat de Princeton (EUA) i Premi Ramon Margalef d'Ecologia 2010

»El comportament humà és previsible

en moltes situacions » Escrit per Begoña Vendrell Simón Ecòleg i especialista en l’ús de models matemàtics per a la comprensió de patrons macroscòpics dels ecosistemes, Simon Levin va ser guardonat amb el darrer Premi Ramon Margalef d’Ecologia. Atorgat per la Generalitat de Catalunya, el jurat va considerar que l’investigador nord-americà era valedor de la distinció “per les seves contribucions a l’ecologia teòrica i pel treball innovador sobre la integració de diferents escales per a la comprensió dels processos ecològics”. Levin és autor de diversos llibres, entre els quals Fragile Dominion (Perseus Books, 1999), a través del qual explora la importància de la biodiversitat, els mecanismes que la sostenen i com la teoria dels sistemes complexos pot ser útil per conservar-la.

Bàsicament són sistemes complicats constituïts per components que interactuen i que com a resultat donen lloc a un comportament difícil de predir. I el que és important és que sovint dinàmiques molt senzilles poden generar comportaments molt complexos. Així doncs, un sistema pot tenir un comportament complex encara que les regles per les quals es regeix siguin molt senzilles. L’interès d’estudiar els sistemes complexos rau en el fet que un canvi sobtat pot tenir efectes importants, com ara l’esfondrament del sistema econòmic, l’eutrofització d’un llac o la desertització d’un terreny.

I què és un sistema complex adaptatiu? És un cas especial de sistemes complexos que inclou els sistemes econòmics i els ecològics. És constituït per molts components, molts agents individuals, cadascun dels quals segueix el seu propi programa egoista. Els agents interactuen localment i adapten els comportaments segons aquestes interaccions tant a escala ecològica com evolutiva. El resultat d’aquests comportaments adaptatius és que el sistema també canvia, i ho pot

Omnis Cellula 26

28

Juny 2011

© Rubén Moreno. Imatges cedides per la Generalitat de Catalunya.

Què és un sistema complex?


[ Simon A. Levin ]

fer de formes no necessàriament beneficioses des del punt de vista adaptatiu del conjunt del sistema. Els sistemes econòmics en són un exemple molt bo, i les fallides del mercat de valors en són un possible resultat.

beneficien. D’aquí sorgeixen els moviments col·lectius que de fet són molt útils per enganyar els depredadors. Així que, tot i que hi ha una situació de comuns en què la forma de l’esbart

«LA INCERTESA CREA LES OPORTUNITATS PERQUÈ EXISTEIXIN TANTES ESPÈCIES DIFERENTS.»

Ha mencionat l’egoisme? He dit egoista, sí. De manera més general hauria de dir que són sistemes amb comportaments locals que no s’escullen perquè tinguin efectes positius sobre la totalitat de la població. Per tant, és més fàcil pensar que són egoistes en general.

és importat per a tots els individus, la tragèdia s’ha evitat. En altres situacions, però, pot tenir lloc la tragèdia, perquè el potencial sempre hi és.

En societats humanes parlar d’egoisme sembla que adquireixi un altre significat. Emprar aquest terme en sistemes socials és com si se suposés, per exemple, que la tragèdia dels comuns —l’esgotament dels recursos— sempre tindrà lloc. És així?

Com estudia els sistemes socials? Tinc entès que du a terme experiments sobre la presa de decisions que ajuden a aclarir com funciona la humanitat amb aquests comportaments cooperatius. Estudia també situacions reals?

Bé, bàsicament significa que la tragèdia dels comuns potencialment sempre pot tenir lloc. Sabem que en molts sistemes complexos adaptatius, com els ruscs d’abelles, hi ha molts individus que segueixen el seu propi programa egoista al llarg del temps evolutiu. No obstant això, es pot aconseguir d’organitzar-se molt, el que s’anomena comportament social nou, on els individus acompleixen funcions diferents i, tot i que hi ha una situació de comuns, no hi ha necessàriament una tragèdia. Això es pot superar amb el desenvolupament de la cooperació, que és motiu d’esperança per a les nostres societats. La qüestió és com impedir que tingui lloc la tragèdia dels comuns.

Jo sóc, sobretot, un teòric, així que he de treballar amb persones que recullen dades. De tota manera, crec que en sistemes ecològics cal una combinació de teoria, d’anàlisi de dades existents, de treball empíric a la natura i d’experimentació al laboratori. Tot això es fa. Hi ha molts científics socials que intenten examinar com les decisions individuals són influïdes pel col·lectiu. Un treball que es fa al laboratori i que, per tant, sol ser una mica artificial, és atorgar uns recursos als participants perquè decideixin si se’ls gasten en ells mateixos o prefereixen contribuir al bé públic.

I com es pot impedir? Vostè treballa amb el resultat d’aquests tipus d’experiments?

En esbarts d’ocells, per exemple, els individus no es comprometen en activitats perquè aquestes siguin bones per a tota la població. Es comprometen en activitats que, en un cert sentit o a alguna escala, els beneficien, o que ells perceben que els

Omnis Cellula 26

Sí. En el joc de l’ultimàtum, per exemple, jo t’ofereixo 100.000 $, però a condició que comparteixis aquests diners amb una al-

29

Juny 2011


A fons Entrevista «NO SÉ SI ACONSEGUIREM UNA COOPERACIÓ GLOBAL EN MATÈRIA DE MEDI AMBIENT, PERÒ SI NO HO FEM NO SOBREVIUREM.»

Així doncs, té a veure amb els canvis d’escala?

tra persona que no coneixes de res. Tu decideixes quan vols compartir, però l’altra persona sabrà, igual que tu, que si no us poseu d’acord cap dels dos rebrà res. Pots donar-li’n la meitat, 1 $ o res, però si l’altra persona no accepta el tracte no aconseguiu res. No s’hi val a negociar, només pots fer una oferta. La qüestió és quant li hauries d’oferir?

Quants diners li hauria d’oferir, doncs? Si li ofereixes del 50% en amunt, de ben segur que acceptarà el tracte. Però si li ofereixes 1 $ el més segur és que refusi i que ambdós us quedeu sense res. Realitzant aquest joc amb els meus estudiants hi va haver una noia que va refusar el 30%. Quan li vaig fer la reflexió que estava perdent 30.000 $ em va respondre que ho sabia, però que el company que havia decidit aquest repartiment en perdia 70.000. Ella es va ofendre per l’oferta. Jo no refusaria 30.000 $.

Em resulta difícil pensar com es poden modelar tots aquests comportaments, el perquè de les decisions de la gent. De vegades intervenen sentiments, com l’enveja o l’avarícia, que cal tenir en compte però que no es poden teoritzar. Suposem que modelo el mercat de valors. Puc fer molta feina senzillament basant-me en descripcions estadístiques del que penso que la gent farà, sense preocupar-me de per què ho fan. Estic d’acord que és útil entendre la psicologia, el comportament i les motivacions de la gent, però es pot fer molta feina sense saber per què sempre que els comportaments siguin previsibles. I molts comportaments en moltes situacions són ben previsibles.

La no-linealitat ens explica que els comportaments no són només additius, que amb nivells i escales més altes podem veure emergir propietats que serien molt difícils de predir només com la suma d’accions individuals. Veiem efectes autocatalítics i també sufocants. Si no fos per les no-linealitats es tindria un creixement infinit de la població, cosa que seria impossible atès que els recursos són finits. Les malalties podrien ser un bon exemple. Si no fos per les no-linealitats, tothom acabaria infectat i tota la població moriria. En aquest sentit, la no-linealitat té un efecte sufocant i, per tant, contribueix a fer la vida possible i interessant.

I la incertesa, pot tenir també un cert interès per a la vida? La incertesa és la raó que hi hagi oportunitats d’existir per a tantes espècies diferents. Crea canvi i noves oportunitats. Crec que hem evolucionat pel fet de voler-la, perquè si no la vida es fa molt avorrida. En un entorn competitiu, si no intentes constantment trobar nous camins sempre hi haurà algun altre genotip que et farà fora de la competència. Cal explorar contínuament, descobrir coses sobre les quals no tens certesa.

Vostè també considera que un ecosistema és quelcom emergent, no? Sens dubte. Els ecosistemes emergeixen d’interaccions a nivells molt més baixos. Si bé hi ha un canvi evolutiu a nivell d’ecosistema, es tracta d’una representació del canvi evolutiu d’unitats. La selecció natural comença en els gens i s’estén fins al nivell d’individus. Però els individus s’organitzen en poblacions, on pot haver cooperació, coevolució,

Creu que la no-linealitat és important per a la vida? És important a molts nivells diferents. La no-linealitat significa que la resposta no és proporcional a l’estímul i és la raó per la qual els sistemes poden saltar de sobte d’un estat a un altre perquè un canvi petit pot esdevenir gran. Això tant pot ser bo com dolent. Es tracta, en definitiva, de l’habilitat d’un sistema per construir desviacions a partir d’un estat i crear una cosa nova.

Omnis Cellula 26

30

Juny 2011


[ Simon A. Levin ]

«EL NOSTRE DOMINI ESTÀ EN PERILL, I NOSALTRES TENIM LA RESPONSABILITAT DE MANTENIR-LO HABITABLE.» bit més global s’ha vist el fracàs de molts governs de complir protocols com el de Kyoto. Això és descoratjador, però també cal ser optimistes. La meva col·lega Eleanor Ostrom, amb qui coincideixo, creu que per encarar el canvi climàtic cal una aproximació policèntrica, amb múltiples focus. Primer caldria acords entre els grans actors, els Estats Units, Europa occidental, Rússia, la Xina i l’Índia. Després caldria que s’hi afegissin l’Europa de l’est i Llatinoamèrica. Cal desenvolupar la cooperació a escala global. No sé si ho aconseguirem, però estic segur que no podrem sobreviure si no ho fem.

Per què va triar Domini fràgil com a títol del seu llibre? Bé, domini perquè té dos significats diferents. El primer implica una regió, un espai; mentre que el segon implica responsabilitat. Un dirigent té domini sobre una regió particular. Per tant, vivim dins d’un domini i tenim la responsabilitat de mantenir-lo habitable. D’altra banda, fragilitat també té dos significats. Primer, que el lloc on vivim està en perill i que la gestió que en fem també està en risc. Així doncs, per mi Domini fràgil significa que vivim en un medi ambient que està en perill i que tenim la responsabilitat de mantenir-lo. El nostre èxit en aquest cas és a prova.

etc. Certament pots seleccionar aquests lligams entre tipus enterament interactius i el sistema evoluciona fent emergir propietats que, en la meva opinió, són una representació de la selecció individual en unitats.

Per acabar, té alguna crítica envers la manera actual de fer ciència?

Vostè diu que són diferents les escales a les quals es decideixen coses i les escales a les quals s’observen les conseqüències d’aquestes decisions. Crec que això té molt a veure amb la gestió ambiental: podem prendre decisions ara, però s’han de preveure a una altra escala de temps. Té algun consell sobre la gestió ambiental?

No tinc cap problema amb la ciència per se. El problema per mi és com es comunica al món, i no tinc una resposta fàcil per abordar-ho. Crec, per exemple, que la població és cada vegada més conscient del medi ambient i pensa que els ecologistes són persones que s’aferren als arbres. Però també crec que és cada com menys conscient de l’ecologia com a ciència, i això podria estendre-ho a la biologia evolutiva, a la recerca amb cèl·lules mare, etc. Penso que actualment hi ha menys confiança en els científics que fa unes dècades. Davant d’això, els científics no podem quedar-nos-en al marge. Si esperem que les societats ens donin suport, aleshores els hem d’explicar per què haurien de fer-ho. I

PERFIL

© Rubén Moreno. Imatges cedides per la Generalitat de Catalunya.

Aquest és un dels reptes fonamentals a què ens enfrontem. El problema és que no puc pensar en cap situació global que hagi abordat adientment un govern col·lectiu, com ara les Nacions Unides. Bé, potser el millor cas que se m’acut és el dels protocols per frenar els clorofluorocarburs. Però és un cas especial, perquè hi havia pocs països productors, poques empreses involucrades i hi havia productes substituts disponibles. Aquest seria el camí a seguir, però em temo que en l’àm-

UN LLIBRE A més de Fragile Dominion [riu], Madre noche, de Kurt Vonnegut. També m’agrada molt L’illa misteriosa, de Jules Verne. UNA PEÇA DE MÚSICA Depèn del dia! Històricament la meva favorita era la Cinquena de Beethoven, però els darrers anys m’inclino per Mozart, especialment els concerts per a piano. M’agraden molt el 21 i el 23. LA SEVA PEL·LÍCULA FAVORITA Em va agradar molt Un hombre para la eternidad, de Fred Zinnemann (1966). És una història de força personal.

Omnis Cellula 26

31

UN MENJAR: Sushi i el gelat. TRES COSES QUE S’ENDURIA A UNA ILLA DESERTA La meva dona, Mozart i Internet. ALGÚ A QUI ADMIRI ESPECIALMENT Barack Obama. Admiro els grans líders de la història que ens han ajudat a assolir la cooperació i la pau, tot i que no siguin perfectes. També respecto l’economista Kenneth Arrow i l’ecòleg Paul Ehrlich. UN CONSELL PER ALS ESTUDIANTS Fes el que t’apassiona sense tenir por d’equivocar-te.

Juny 2011


Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats Creada el 2001, la Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA) enguany celebra el 10è aniversari, motiu pel qual s’han organitzat diversos actes en reconeixement del treball realitzat en aquesta primera dècada. Mitjançant el fitxatge dels millors investigadors per incorporar-los al sistema de recerca català, ICREA vol impulsar la investigació científica, humanística i tecnològica en benefici del conjunt de la societat.

Nascuda de la mà de l’antic Departament d’Universitats, Recerca i Societat de la Informació (DURSI) i de la Fundació Catalana per a la Recerca (FCR), la ICREA era, segons el primer director, Salvador Barberà,1«una institució dedicada específicament a contractar investigadors» amb l’objectiu d’incrementar-ne el nombre a Catalunya. En aquesta mateixa línia, Barberà assenyalava que la ICREA havia de créixer en persones i no pas en edificis ni en instal· lacions pròpies. En aquests deu anys, això és exactament el que s’ha fet. S’ha continuat seleccionant els millors especialistes presentats a les convocatòries i hom els ha incorporat a un lloc de treball en una universitat o centre de recerca català. En aquest sentit, la institució té establerts convenis amb les set universitats públiques catalanes (UB, UAB, UPC, UPF, UdG, UdL i URV) i amb vint-i-set centres de recerca, entre els quals el CSIC, el grup de Centres de Recerca de la Generalitat (CERCA), el Parc Científic de Barcelona i la Fundació IrsiCaixa. L’actual director de la institució, Jaume Bertranpetit, considera que la ICREA ha estat un dels grans invents per a la ciència del país, que ha funcionat i continua funcionant bé. «Es tracta d’un element essencial perquè el sistema de recerca català tingui punts d’excel· lència», afegeix. El cert és que al llarg del 2010, els investigadors ICREA van publicar més d’un miler d’articles científics, van dirigir o codirigir vuitantatres tesis doctorals i van aconseguir fons competitius per a la seva recerca per un valor de 30,5 milions d’euros, als quals

cal afegir 14,4 milions aconseguits per altres vies de finançament. A més, des del 2004, els científics ICREA han desenvolupat seixanta-dues patents. Publicacions:2 Nombre de publicacions per àrea de recerca. Només es consideren articles publicats en revistes, llibres i actes de conferències.

Actualment, la ICREA té contractats dos-cents trenta investigadors, els sous dels quals són a càrrec de la Generalitat de Catalunya. Per àrees de coneixement, el nombre més elevat de científics contractats (30 %) pertanyen a l’àmbit de les ciències de la vida i la medicina, seguits de prop per les ciències experimentals i les matemàtiques (27 %). Humanitats i tecnologia, amb un 16% de contractats cadascuna, i ciències socials, amb un 10%, completen els grans àmbits d’investigació de la ICREA. Nombre d'investigadors ICREA al final de 2010, per àrea de recerca.2

Ciències experimentals i matemàtiques, 447(34%) Humanitats, 185(14%) Ciències de la vida i la mèdiques, 319(24%) Ciències Socials, 108(8%) Tecnologia, 264(20%) Total 1,323

Per esdevenir investigadors ICREA, els candidats ho han de sol·licitar en línia. Posteriorment, un grup d’experts independents fa les avaluacions per seleccionar-ne els millors. Es tracta, per tant, d’una oferta competitiva que ofereix un contracte als investigadors, i evita el llarg procés que comporta esdevenir funcionari. Segons Bertranpetit, un altre punt a tenir en compte és «la nostra intenció que els gestors de la recerca de centres i universitats participin en el procés». Al cap i a la fi, els investigadors s’incorporaran en algun dels seus departaments o unitats, així que «volem que els gestors de la recerca ens ajudin a fer de caçatalents», afegeix.

Omnis Cellula 26

32

Juny 2011

Ciències experimentals i matemàtiques, 62 (27%) Humanitats, 37 (16%) Ciències de la vida i la mèdiques, 71 (31%) Ciències Socials, 23 (10%) Tecnologia, 36 (16%) Total 229

En la convocatòria d’enguany, s’han ofert vint noves places, amb la qual cosa l’any vinent la xifra d’investigadors contractats podria assolir els dos-cents cinquanta. En aquest sentit, Barberà assenyalava que arribarà un punt en què les xifres s’estabilitzaran. Per a Ber1.Notícies de Recerca UPF, març-juliol de 2002.


A tranpetit, aquesta estabilització podria estar al voltant dels tres-cents investigadors, tot i que puntualitza que no es tracta d’un límit fix. En darrer terme, dependrà de si es creen nous centres de recerca o apareixen noves necessitats en la recerca catalana.

cost molt baix que produeix uns grans beneficis. Tenint en compte la reducció de despeses posada en marxa pel Govern català, Bertranpetit explica que, de moment, el pressupost previst no s’ha reduït. «Esperem que aquesta tònica segueixi igual en el futur», afegeix.

Entre 2002 i 2010, el pressupost de la ICREA ha passat dels 1,5 milions d’euros als gairebé 23 milions. Per al director de la institució, es tracta d’un

I és que la ICREA és una iniciativa creada específicament des de Catalunya que està inspirant models similars en altres punts de l’Estat espanyol, com

ICREA en xifres •

ara Madrid, Aragó i Galícia, i ha despertat l’interès de països com Itàlia i Finlàndia. De tota manera, Bertranpetit considera que la institució existeix perquè, en general, els sistemes de captació de talent de les universitats i centres catalans no funcionen. Per això, es mostra convençut que cal treballar en aquesta línia. «Un cop el sistema sigui capaç d’atraure els millors especialistes, la ICREA ja no serà necessària», assegura. I

Investigadors amb contracte: 229; 114 dels quals estan fent les seves investigacions en alguna de les universitats públiques catalanes i 115, en centres de recerca.

Total 229

E F G

J K L M N O

Per nacionalitat en el moment de la contractació, la majoria (39 %) són espanyols. Els grups següents en importància són els Estats Units (16 %), Alemanya i el Regne Unit (amb un 10 % cadascun), Itàlia (6 %) i els Països Baixos (5 %). França, 7 (3%) Alemanya, 22 (10%) Itàlia, 14 (6%) Holanda, 12 (5%) Espanya, 89 (39%) Suïssa, 7 (3%) Regne Unit, 24 (10%) Estats Units, 36 (16%) Altres, 18 (8%)

P Q

Nombre d'investigadors ICREA per país d'origen en el moment de ser contractats.

Total 229

• •

D

I

Universitats, 114 (50%) Centres CERCA, 83 (36%) CSIC, 17 (8%) Altres centres de recerca, 15 (6%)

• •

C

H

2

Nombre d'investigadors ICREA en diferents tipus d'institucions d'acollida: universitats, centres de recerca de la Generalitat (CERCA), Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i altres centres.

B

La mitjana d’edat dels investigadors contractats és de quaranta-sis anys. Per gènere, la gran majoria són homes (82%), de manera que només hi ha contractades 42 dones. Per àmbits, el de les humanitats és el que té més fitxatges femenins (38 %), mentre que en el sector tecnològic és on n’hi ha menys (8 %). Personal gestor i administratiu: 6, comptant el director. Directors: - Salvador Barberà, economista (2001 - 2004), Enric Banda, físic (2004 - 2007), Jaume Bertranpetit, biòleg (2007 - ).

R S T U V W X

Localització La Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats està ubicada a la seu de la Fundació Institució Catalana de Suport a la Recerca (FICSR – Talència), al passeig de Lluís Companys, 23; 08010 Barcelona; icrea@icrea.cat.

Y Z

2. Segons dades de la Memòria ICREA 2010.

Omnis Cellula 26

33

Juny 2011


Podem predir l’èxit de les espècies invasores?

El repte principal de l’ecologia d’invasions

Escrit per

Miquel Vall-llosera Camps,1 Daniel Sol Rueda1,2 1 2

Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF), Centre d’Estudis Avançats de Blanes (CEAB-CSIC)

Les invasions biològiques són una de les conseqüències més importants del canvi global derivat de l’activitat humana. L’establiment d’espècies exòtiques arreu del planeta representa una amenaça tant per als ecosistemes naturals com per als sistemes econòmics que en depenen i és, per tant, un dels reptes principals als quals la humanitat ha de fer front actualment. La recerca en l’ecologia de les invasions biològiques és bàsica per descobrir com les espècies exòtiques són capaces d’establir-se i prosperar a les noves regions on són introduïdes. Així mateix, també és necessària per desenvolupar eines capaces de gestionar efectivament les invasions i prevenir-ne de noves.

Omnis Cellula 26

34

Juny 2011

D

temps ençà, la informació sobre espècies invasores és habitual als mitjans de comunicació. Animals com el mosquit tigre o el cargol poma són protagonistes de notícies i reportatges com a conseqüència, principalment, dels problemes que causen a la nostra societat, en alguns casos amb l’amenaça d’afectar importants sectors econòmics. D’altra banda, a les ciutats del nostre país ja no trobem tan sols els familiars coloms i pardals menjant engrunes de pa al terra, sinó també les cotorretes de pit gris, uns ocells vistosos i cridaners que vénen de l’Amèrica del Sud. Aquests són només dos exemples de la presència, cada cop més corrent, d’espècies invasores i de la seva integració al nostre entorn. un


[ Podemeuropea Biologia, pesca i estat actual de l’anxova predir l’èxit al Mediterrani de les espècies nord-occidental invasores? ]

Però, què són les espècies invasores? Es tracta d’espècies no natives que, pel fet d’haver-se introduït fora de la seva àrea de distribució natural passada o present, representen una amenaça per a la biodiversitat. S’estima que, al llarg de la historia, s’han introduït arreu del món unes 480.000 espècies invasores, pertanyents a tots els principals grups taxonòmics, incloent-hi animals, plantes, fongs i microorganismes. Si bé és cert que no totes les espècies introduïdes causen problemes, moltes d’aquestes poden provocar, un cop establertes amb èxit, una gran varietat d’impactes a les regions que han envaït. Actualment, les espècies invasores s’han convertit en un problema global i posen en risc tant la biodiversitat com la funcionalitat dels ecosistemes que envaeixen, a més de ser la causa de greus problemes econòmics i sanitaris. Es calcula que des del segle xvii la introducció d’espècies exòtiques és la principal causa coneguda d’extinció d’animals, per sobre de la destrucció de l’hàbitat. Els impactes principals d’aquestes espècies sobre el medi ambient són la transformació de l’estructura i el funcionament dels ecosistemes originals, el desplaçament de les espècies natives mitjançant competència i/o depredació, i la hibridació amb espècies o races autòctones. Els impactes ecològics causats per les espècies invasores pertorben els recursos i els processos proporcionats pels ecosistemes naturals. Aquests processos són beneficiosos per a la humanitat, des de la disponibilitat d’aigua i aliment fins a la regulació del cicle dels nutrients o del clima. Aquesta pertorbació té, per tant, conseqüències directes sobre interessos econòmics i culturals humans. En aquest sentit, les invasions biològiques són responsables de pèrdues importants en la producció d’aliments i matèries primeres, així com en la degradació d’infraestructures i elements paisatgístics. A més, es poden convertir en vectors de patògens i malalties tant per als éssers humans com per al bestiar. Investigacions recents han calculat que la despesa provocada a la Unió Europea a causa de les espècies invasores està estimada en 20 bilions d’euros a l’any. En el futur immediat, i a causa de la globalització i el creixement de la població humana, l’increment del volum dels desplaçaments de persones i mercaderies

a escala internacional provocarà l’augment del moviment d’espècies d’una regió a una altra, i multiplicarà les oportunitats d’aquestes espècies d’establir-se i de provocar noves invasions. Davant d’una despesa econòmica tan important, les administracions responsables es troben amb la necessitat de buscar solucions per mitigar els impactes que causen les invasions. L’eradicació —l’eliminació de l’espècie d’una regió fins a l’últim individu— és una solució que es pot plantejar en els estadis inicials del procés invasiu, quan les poblacions de les espècies invasores encara són petites i vulnerables. Però és una tasca gairebé impossible un cop les espècies ja s’han establert àmpliament en una regió. Una altra possible solució seria mantenir la mida de les poblacions invasores per sota d’un determinat llindar en què causin els mínims danys possibles. De tota manera, el control poblacional és una mesura que, per ser efectiva, s’ha de mantenir en el temps, que representa també un cost econòmic molt elevat. Atès que tant l’eradicació com el control han demostrat ser molt costosos i poc efectius un cop les espècies exòtiques aconsegueixen d’establir-se, la millor solució seria la prevenció de les invasions. No obstant això, prohibir tota importació d’espècies exòtiques no seria una mesura ni pràctica ni viable. D’altra banda, no totes les espècies que s’introdueixen s’acaben convertint en invasores. Així doncs, seria necessària una manera de predir quines espècies tenen un risc potencial i distingir-les de les espècies que són innòcues, i que, per tant, difícilment representen una amenaça de convertir-se en invasores un cop introduïdes. Si fóssim capaços de predir el risc que una espècie s’estableixi i generi problemes al lloc d’introducció, aquesta informació seria molt valuosa des de diferents punts de vista. En primer lloc, per al desenvolupament de polítiques d’importació i venda d’espècies exòtiques, així com en el disseny de sistemes de detecció i eradicació primerenca d’espècies particularment problemàtiques. Finalment, aquest coneixement també tindria un paper en la funció indispensable d’informar l’opinió pública sobre els problemes que genera tenir i alliberar certes espècies exòtiques. No obstant això, durant molt temps els ecòlegs han estat molt escèptics

Omnis Cellula 26

35

Juny 2011

tImatge 1. Els lloros i les cotorres (ordre psitaciformes), com la cotorra irisada australiana (Trichoglossus haematodus) de la imatge, són un dels grups d’ocells amb més representants als registres històrics d’introduccions. Comercialitzats arreu del món com a animals de companyia, una proporció d’aquests animals és alliberada al medi, ja sigui de manera accidental o deliberada, on sovint funden poblacions estables en zones urbanitzades. Reconeguts pel fet de tenir elevades capacitats cognitives, l’èxit invasor dels lloros pot estar relacionat amb la capacitat d’ajustar el comportament a les condicions de les noves regions. © Daniel Sol


Jove A fons cientĂ­fic

Omnis Cellula 26

36

Juny 2011


[ Biologia, pesca i estat actual de l’anxova [ Podemeuropea predir l’èxit al Mediterrani de les espècies nord-occidental invasores? ]

sobre la possibilitat que mai puguem predir el resultat de les introduccions d’espècies, ja que l’atzar es considera un factor determinant en el procés d’invasió. Això és perquè les poblacions fundadores de les espècies invasores, pel fet que són petites, corren un alt risc d’extingir-se, ja que són molt vulnerables a les fluctuacions estocàstiques de tipus demogràfic, genètic o ambiental, doncs no és sols el nombre d’individus el que importa; l’èxit també depèn de factors aleatoris com el sexe, l’edat, la condició física i la variació genètica dels individus introduïts. No obstant això, en les dues últimes dècades hem vist un enorme progrés en la nostra comprensió del procés d’invasió. El descobriment més important ha estat la constatació que, tot i que l’atzar té un paper molt important en les invasions, l’èxit també depèn d’alguns atributs de les espècies. La pregunta que ens podem fer en aquest punt és si podem utilitzar aquesta informació per fer prediccions sobre el resultat d’introduccions futures. En un estudi recent hem abordat aquesta qüestió per a les espècies d’ocells invasors. Els ocells són un bon model per estudiar les invasions biològiques: més de quatre-centes espècies han estat introduïdes arreu del món, moltes de les

quals han esdevingut invasores. A més, hi ha informació de bona qualitat tan sobre les circumstàncies i el resultat actual de les introduccions com sobre les característiques biològiques i ecològiques per a totes les espècies. Alhora, els ocells invasors són també responsables d’una varietat d’impactes ecològics i econòmics esmentats prèviament. L’objectiu del nostre treball era estimar el risc d’invasió modelant la probabilitat d’establiment de les espècies segons els atributs d’aquestes espècies, i utilitzar aquests models per bastir un protocol d’avaluació de riscos global per a l’establiment d’espècies d’ocells exòtics. Per construir els models es va utilitzar informació històrica d’introduccions deliberades o accidentals d’aus en diferents regions del planeta, incloent-hi Europa, Amèrica del Nord i Oceania. De les 832 introduccions d’espècies analitzades, es van establir 311 poblacions permanents a la nova regió.

Les anàlisis van mostrar que el factor que millor predeia l’èxit o el fracàs de les invasions era el nombre d’individus alliberats, dada que confirma els resultats d’estudis previs que consideren aquest factor com el predictor més important d’èxit en l’establiment. Com ja hem comentat, les poblacions fundadores de les espècies exòtiques recentment introduïdes, a causa de la mida reduïda i l’aïllament, són molt vulnerables a l’extinció per factors estocàstics. Així doncs, com més alt és el nombre inicial d’individus més possibilitats tenen d’escapar dels perills que amenacen les poblacions petites i de poder desenvolupar una població persistent en la nova regió. No obstant això, el resultat de les introduccions no només depèn de factors estocàstics, sinó també de les característiques de les espècies. De la mateixa manera que en estudis anteriors el generalisme ecològic i la mida del cervell van aparèixer —entre totes les característiques que vam tenir en compte— com els factors més importants. Així doncs, les espècies que tenien més èxit en l’establiment van ser les capaces de viure en un nombre més elevat d’hàbitats diferents en les seves regions d’origen i aquelles que tenien cervells més grans en relació a la mida del cos. Aquesta darrera és una característica que es relaciona amb la flexibilitat en el comportament. Les aus generalistes pel que fa a requeriments

ecològics i amb un comportament més flexible serien més capaces de trobar les condicions adequades per sobreviure, explotar noves fonts d’aliment o fer front a nous enemics en el seu nou hàbitat que les espècies que mantenien els mateixos comportaments que a les regions d’origen, avantatges que facilitarien l’èxit en la invasió de les noves regions. Finalment, les anàlisis suggerien que la probabilitat d’èxit és superior quan la introducció es produeix en una illa. Sovint, les illes han estat considerades més vulnerables que la terra ferma continental a causa del gran nombre d’espècies exòtiques que s’han establert a totes les illes colonitzades per humans, en especial les illes oceàniques. Però això pot ser conseqüència del fet que s’han introduït més espècies exòtiques en illes que en continents i, per tant, no es

Omnis Cellula 26

37

Juny 2011

tImatge 2. El minà comú (Acridotheres tristis) és un ocell de la família dels estornells natiu del centre i sud-est asiàtic. Aquesta espècie ha estat introduïda amb èxit en nombroses regions, com ara Austràlia, Nova Zelanda i Hawaii, per la pretesa capacitat de reduir les poblacions d’insectes a les zones agrícoles. No obstant això, són una amenaça per a la biodiversitat perquè competeixen amb les espècies natives per l’aliment i pels forats on crien, alhora que destrueixen els nius dels competidors. El minà comú és considerat una de les cent espècies invasores més perjudicials del món. © Daniel Sol


Jove A fons científic

pImatge 3. La cotorreta de pit gris (Myiopsitta monachus) és un ocell invasor originari de l’Amèrica del Sud que s’ha establert amb èxit al nostre país, principalment als nuclis urbans del mediterrani espanyol. L’any 1975 es va localitzar a Barcelona la primera parella reproduint-se en llibertat. Des d’aleshores, i seguint un creixement casi exponencial, la població ha arribat actualment als 3.000-3.500 individus a tot l’Estat, i s’espera que segueixi augmentant en un futur pròxim. Qualsevol mesura de control contra aquesta espècie resultarà ineficaç si no es troba abans una solució a l’aparició contínua de noves poblacions causada per l’escapada d’individus mantinguts en captivitat. © Daniel Sol

pot prendre com a prova que les illes són menys resistents a les invasions. Estudis previs havien fracassat en l’intent de trobar una relació entre la introducció de les illes i l’èxit de l’establiment, però el nostre treball dóna suport a una menor resistència de les illes a les invasions. Tot i així, queda per determinar si la vulnerabilitat està relacionada amb la menor riquesa d’espècies, la disminució de la capacitat competitiva de les espècies natives de les illes o la transformació dels hàbitats naturals fruit de l’explotació humana. El fet que només dues de les característiques de les espècies incloses en l’anàlisi resultessin estar relacionades amb l’èxit en l’establiment —el generalisme ecològic i la mida del cervell—

Omnis Cellula 26

38

Juny 2011

no hauria de resultar una sorpresa, doncs les adaptacions que permeten a les espècies de sobreviure i prosperar en els ambients en què han evolucionat no haurien de funcionar tant bé quan l’ambient canvia. Aleshores, si la gran majoria d’aquestes característiques no són útils per explicar la variació en el resultat de la introducció, podem encara predir el risc d’establiment amb prou precisió per resultar útils per orientar les polítiques de conservació? Per comprovar fins a quin punt el nombre d’individus alliberats, la mida del cervell i el generalisme ecològic eren capaços de predir el resultat de les introduccions d’ocells, es va utilitzar informació d’introduccions a Europa


[ Podem predir l’èxit de les espècies invasores? ]

i Austràlia que no havien estat utilitzades per construir els models propis. Els nostres models eren capaços de predir l’èxit o el fracàs de les introduccions amb gran exactitud (prop del 87 %), tot i utilitzar finalment només tres de les variables descrites anteriorment. A més, els models van ser capaços de predir el resultat de les introduccions amb més precisió i amb menys informació que els protocols d’avaluació de riscos alternatius, basat en llargs qüestionaris que classifiquen les espècies en diferents grups de risc segons la puntuació que obtenen en les preguntes. Si bé és cert que no és possible assegurar al cent per cent el resultat d’una introducció determinada, les nostres anàlisis indiquen que sí que és possible identificar situacions on el risc que una espècie s’estableixi és alt. I, a més, ho fan amb prou precisió perquè el mètode sigui d’utilitat. Únicament a través de la implementació de protocols d’avaluació de riscos en futures polítiques de protecció ambiental podrem ser capaços de mitigar l’impacte de les espècies d’aus invasores, i contribuir així a la preservació de la biodiversitat i la funcionalitat dels ecosistemes. I

Miquel Vall-llosera Camps (Sant Celoni, 1982)

Referències bibliogràfiques Blackburn, T. M. [et al.] (2009). Avian Invasions: The Ecology and Evolution of Exotic Birds. Oxford: Oxford University Press. Cassey, P. [et al.] (2004). «Global patterns of introduction effort and establishment success in birds». Proceedings of the Royal Society of London Series B-Biological Science, núm. 271, p. S405-S408. Duncan, R. P. [et al.] (2003). «The ecology of bird introductions». Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics, núm. 34, p. 71-98. Ehrlich, P. H. (1989). «Attributes of invaders and the invading processes: vertebrates». A: Drake, J. A. [et al.] (ed.). Biological invasions: a global perspective, Chichester: John Wiley & Sons, p. 85-109. Elton, C. S. (1958). The Ecology of Invasion by Animals and Plants. Londres: Methuen.

Kettunen, M. [et al.] (2008). Technical support to EU strategy on invasive species (IAS) - Assessment of the impacts of IAS in Europe and the EU (final module report for the European Commission). Brussel·les: Institute for European Environmental Policy. Sax, D. F.; Brown, J. H. (2000). «The paradox of invasion». Global Ecology & Biogeography, núm. 9, p. 363-371. Sol, D. [et al.] (2005). «Big brains, enhanced cognition, and responses of birds to novel environments». Proceedings of National Academy of Sciences, núm. 102, p. 5460-5465. Vall-llosera, M.; Sol, D. (2009). «A global risk assessment for the success of bird introductions». Journal of Applied Ecology, núm. 46, p. 787-795. Williamson, M. (1996). Biological Invasions. Londres: Chapman & Hall.

Omnis Cellula 26

39

Juny 2011

Miquel Vall-llosera és llicenciat en biologia per la Universitat de Barcelona (2005). Actualment elabora la tesi doctoral al Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals (CREAF, Campus UAB). El seu àmbit d’interès és l’ecologia de les invasions biològiques d’ocells. Les seves línies de recerca són buscar patrons generals en les invasions per entendre per què hi ha espècies que són bones invasores i aplicar els coneixements per prevenir-ne de noves. Alhora, també investiga els processos d’invasió mitjançant un cas d’estudi en concret: l’establiment del rossinyol del Japó (Leiothrix lutea) a la serra de Collserola.


100 anys Escrit per Bru Papell

El descobriment del nucli atòmic o la importància d’anomenar-se Ernest

E

1911, el físic neozelandès Ernest Rutherford, establert al Regne Unit, va proposar que tota la càrrega positiva dels àtoms devia estar concentrada en un punt en concret, anomenat nucli, i que els electrons —la càrrega negativa— orbitaven al voltant d’aquesta estructura. Però com gairebé sempre en ciència, els treballs per arribar a aquesta conclusió van començar molt abans i van implicar diversos investigadors.

Dos anys més tard, i basant-se en aquests experiments, Rutherford propugnava que l’única explicació era que havia d’existir un nucli atòmic massiu que contingués tota la càrrega positiva de l’àtom, només així s’explicava que algunes partícules alfa rebotessin completament contra la làmina de metall. Els grans angles de desviament observats prèviament quedaven també explicats per la repulsió de les partícules que passaven fregant el nucli. En canvi, els raigs alfa que travessaven la làmina ho feien a través dels buits que hi havia entre els diferents nuclis atòmics.

l

Al final del segle xix, el físic britànic Joseph John Thomson ja havia descobert els electrons i havia proposat una estructura per a l’àtom coneguda com a model de púding de panses. Segons aquesta hipòtesi, els àtoms eren esferes de càrrega positiva dins de les quals la càrrega negativa es distribuïa en forma de minúsculs electrons. Aquest model va ser acceptat durant un temps, almenys fins que un estudiant seu, Rutherford, el va desmuntar. Quan Henri Becquerel va descobrir la radioactivitat arran d’uns experiments amb urani, Rutherford s’hi va mostrar entusiasmat. El 1898, demostrava que, en desintegrar-se, l’urani emetia dos tipus de raigs: els beta, molt penetrants, i els alfa. Tot aplicant el mètode que havia après de Thomson, va sotmetre aquests raigs alfa a camps elèctrics i magnètics per desviar-los —fenomen que quedava reflectit en una pel·lícula fotogràfica— i descobrir-ne la càrrega, que va resultar ser positiva. Posteriorment, va observar que si les partícules travessaven una fina làmina de mica la imatge fotogràfica que obtenia quedava borrosa. Això li va donar la idea que alguna cosa causava que les

partícules es dispersessin. Juntament amb Hans Geiger —el famós inventor del comptador de partícules—, Rutherford va investigar més en aquesta línia amb experiments força complicats de bombardeig de làmines de metall amb raigs alfa. En aquestes anàlisis ambdós van detectar que algunes de les partícules es desviaven molt de la seva trajectòria a través de la làmina, tot descrivint angles molt acusats. El 1909 i per recomanació de Rutherford, Geiger va encarregar al seu nou estudiant, Ernest Marsden, que investigués aquest fenomen. En poc temps, l’aprenent va observar que algunes partícules fins i tot rebotaven completament contra una làmina d’or i eren projectades de retorn cap a la font d’emissió dels raigs. Això posava en evidència el model de Thomson: les partícules alfa només podien ser fortament repel·lides per una massa positiva compacta, fet que va conduir a un nou postulat.

Omnis Cellula 26

40

Juny 2011

La dada curiosa de la història és que el model proposat pel neozelandès, amb un nucli al voltant del qual orbiten els electrons, tenia un precedent que va resultar incorrecte. El 1903, i en contraposició al model de Thomson, el físic japonès Hantaro Nagaoka havia proposat el model saturnià, en què l’estructura de l’àtom recordaria la del conegut planeta. Nagaoka ja preveia un nucli massiu i electrons girant al voltant, tot i que en una mena de disc més o menys pla similar als anells de Saturn. En aquest sentit, l’Ernest més destacat d’aquesta història va tenir la gentilesa de citar la teoria del japonès en l’article en què proposava el seu ja famós model atòmic. I

Bibliografia Cassidy, D. C. [et al] (2002). Understanding Physics: Students Guide. Nova York: SpringerVerlag. [Versió en línia disponible a http:// www.dcassidybooks.com/uptext.html] «Ernest Rutherford’s Discovery of the Nucleus (1911)». The Cavendish Laboratory Educational Outreach, Cambridge University, 2001-2002. <http://www-outreach.phy. cam.ac.uk/camphys/> Takada, K. (2004). «Microscopic world 1: Mysteries in the Atomic World». Universitat de Kyushu. [Seminari en línia disponible a http://www2.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/ MicroWorld1_E/]


© Arxiu Miquel Crusafont. Institut Català de Paleontologia.

nt Miquel Crusafo i Pairo  - 1983) (Sabadell, 1910

Pioner de la paleontologia a Catalunya i Espanya, Crusafont va ser catedràtic d’aquesta disciplina a les universitats d’Oviedo i de Barcelona. Llicenciat en farmàcia el 1933, feia anàlisis clí· niques en un petit laboratori instal·lat a tocar de la farmàcia de la seva família. Tot i això, la passió de Crusafont pels fòssils i l’evolució el converteixen en un notable paleontòleg aficionat. La professionalització definitiva va arribar el 1955, quan aconsegueix el doctorat en ciències naturals per la Universitat de Madrid amb la tesi «Els jiràfids fòssils d’Espanya». Crusafont centraria els seus esforços a la paleontologia de mamífers ibèrics. Segons el seu amic i deixeble Jaume Truyols,1 més que l’ambient universitari, Crusafont hauria preferit l’ecosistema museístic que ell mateix va contribuir decididament a construir a la seva ciutat. Creat el 1969, l’Institut Provincial de Paleontologia és actualment l’Espai Miquel Crusafont. Remodelat recentment, el Museu pertany a l’Institut Català de Paleontologia, que té la seu a la Universitat Autònoma de Barcelona. Tal com relata Truyols, Crusafont va mostrar des de ben jove una passió per la natura i, en especial, pels fòssils; possiblement gràcies a una adolescència formada en l’ambient excursionista. Abans de la República, la capital vallesana ja tenia un museu local replet de materials arqueològics i paleontològics trobats a la ciutat i als voltants. És molt possible que la visió d’aquests materials, juntament amb la influència d’alguns dels seus professors, tal com ell mateix reconeixia, el fessin decantar la balança cap a l’estudi dels fòssils. «Sentia un gran amor per la naturalesa i m’atreia, sobretot, la constitució geològica dels terrenys i llur histò-

ria», hauria confessat en alguna ocasió. Com a mostra de la precocitat de Crusafont, cal dir que als setze anys va descobrir un dels jaciments més importants de mamífers del Miocè vallesà: el de Can Llobateres. En aquest jaciment posteriorment es trobarien les restes d’en Jordi (Hispanopithecus laietanus). La perseverança de Crusafont va continuar fins i tot mentre estudiava la carrera. El mateix any que es llicenciava, amb vint-i-tres anys, publicava el primer article científic —escrit juntament amb Josep Fernández de Villalta—, punt de partida de la seva extensa producció futura. Passada la guerra, amplia horitzons i comença una exploració metòdica dels barrancs dels Hostalets de Pierola, a l’Anoia. Curiosament, aquest és l’indret on es van localitzar els fòssils d’un altre català il·lustre: Pau (Pierolapithecus catalaunicus). Innovador, metòdic, reflexiu i entusiasta, al llarg de la seva carrera Crusafont va aconseguir reunir un dels millors conjunts de mamífers fòssils de l’Europa occidental. Entre altres fites, va descriure centenars d’espècies, cinquanta-sis de les quals eren noves, amb vint-i-quatre nous gèneres i una nova subfamília; i va donar nom a un nou estatge, el Vallesà, que s’ha acceptat internacionalment com a unitat cronostratigràfica del Cenozoic

Omnis Cellula 26

41

Juny 2011

Per saber-ne més Mañosa, M. (1995). «Miquel Crusafont i Pairó. L’escola paleontològica de Sabadell». A: Camarasa, J. M.; Roca Rosell, A. Ciència i tècnica als Països Catalans: una aproximació biogràfica als darrers 150 anys. Barcelona: Fundació Catalana per a la Recerca.

continental. A més, va ser un ferm defensor de les tesis evolucionistes, si més no d’aquelles amb tendència finalista. En aquest sentit, l’anècdota és que Crusafont va donar suport a Félix Rodríguez de la Fuente enfront de la censura franquista, tal com relata Carlos Acosta.2 Sembla ser que a la sèrie Planeta azul (TVE, 1970-1974), el naturalista burgalès feia comentaris que atorgaven a l’evolució la categoria de fet, cosa que va molestar a alguns fins al punt que la direcció de l’ens li prohibeix pronunciar la paraula evolució. Rodríguez de la Fuente va demanar ajuda a Crusafont, que immediatament va escriure als responsables de TVE indicant que l’evolució era un fet més que comprovat i que en cap cas entrava en conflicte amb la fe catòlica. I és que Crusafont, influït pel jesuïta Pierre Teilhard de Chardin, era un dels màxims defensors del que Acosta anomena el moviment evolucionista finalista-teilhardista, en què s’acceptava la selecció natural, però es rebutjava la influència de la genètica i de l’atzar en connivència amb l’existència d’un ésser superior. I

1 J. Truyols Santonja (1986), «L’obra científica del doctor Miquel Crusafont i Pairó (1910-1983)», Butlletí de la Institució Catalana d’Història Natural, vol. 53, p. 19-36. 2 C. Acosta Rizo (2008), «La teoría de la evolución y la censura en TVE. Entre el fijismo, el finalismo ¿y el neodarwinismo?», Actes d’Història de la Ciència i de la Tècnica, vol. 1, n. 1, p. 271-277.


Jove A fons científic

I Olimpíada de Biologia de Catalunya Escrit per

Rosa Pérez i Roura,1 Carlos Giménez Esteban2

1 Vocal d’Ensenyament del Consell Directiu de la Societat Catalana de Biologia 2 Coordinador de la Secció d’Ensenyament de la Societat Catalana de Biologia

El passat 12 de febrer es va celebrar a Barcelona la I Olimpíada de Biologia de Catalunya (http://olimpiadadebiologia.cat), competició de coneixements del currículum de la matèria de biologia de segon de batxillerat, estructurada en dues proves: una primera part teòrica, consistent en cinquanta preguntes de resposta tancada, i una segona part pràctica, de resolució de problemes amb manipulació de material de laboratori. Ara fa aproximadament un any, representants de diverses entitats catalanes relacionades amb l’ensenyament de la biologia a educació secundària, conscienciats de la importància que té actualment la promoció d’oportunitats de reconeixement de nous talents entre l’alumnat i preocupats pel fet que la biologia a Catalunya quedés al marge d’iniciatives de prestigi reconegut, com són les olimpíades per a estudiants de batxillerat, vam constituir un grup de treball per organitzar la primera edició d’aquesta prova a Catalunya. El primer objectiu d’aquest grup va ser aconseguir la màxima representativitat possible, per la qual cosa es va fer una crida a la participació oberta de totes les institucions implicades en l’àmbit de la docència de la biologia a Catalunya. La resposta va ser general i entusiasta. D’aquesta manera, i sota el paraigua de la Societat Catalana de Biologia (SCB), filial de l’Institut d’Estudis Catalans (IEC), van participar d’aquesta iniciativa representants del Col·legi de Biòlegs de Catalunya, el Col·legi Oficial de Doctors i Llicenciats en Filosofia i Lletres i en Ciències de Catalunya, el Centre de Documentació i Experimentació en Ciències (CESIRE-CDEC) del Departament d’Educació de la Generalitat, l’Oficina de Coordinació de les Proves d’Accés a la Universitat de Catalunya, el Seminari Permanent de Ciències Naturals, la Institució Catalana d’Història Natural, la Sociedad Española

Omnis Cellula 26

42

de Bioquímica y Biología Molecular, així com de les universitats públiques catalanes amb oferta de graus en biociències: l’Autònoma de Barcelona, la de Barcelona, la de Girona, la de Lleida, la Pompeu Fabra i la Rovira i Virgili. Des de fa molts anys, les proves d’accés a la universitat d’aquesta matèria es basen en una concepció de la biologia en context, en què es demana que l’alumnat sigui capaç d’analitzar situacions complexes gràcies als coneixements adquirits al llarg del batxillerat. Avui, però, no es pot concebre el treball científic sense un decidit component de col·laboració. En aquest sentit, calia donar una resposta molt clara a les objeccions que a vegades es plantegen quant a l’estructura d’aquestes competicions olímpiques, en què necessàriament s’estableix una competència —i, per tant, absència de col·laboració— entre els participants i la tipologia de les preguntes sovint afavoreix un tipus de coneixement de caire memorístic. Partint de la base que la competició, entesa com una confrontació noble de les capacitats pròpies enfront de les de la resta, pot ser un valor educatiu en si mateix, i tot mirant d’incloure en les preguntes una majoria d’elements que requerissin una anàlisi de la situació plantejada per part dels participants, considerem que l’estructura i el contingut finals de la prova poden superar àmpliament les objeccions esmentades abans. I, per sobre de qualsevol altra consideració, entenem que la finalitat última d’aquest tipus de competicions ha de ser estimular i implicar els estudiants de batxillerat en el desenvolupament de la ciència en general i de la biologia en particular. En les primeres reunions del grup de treball, de seguida van quedar definides les línies mestres que havien de ser presents en totes les fases del projecte, com són fer-ne la màxima difusió possible, organitzar una prova engrescadora per a l’alumnat i homologar-la amb els moviments olímpics en aquest àmbit ja existents, tant nacionals com internacionals.

Juny 2011


[ I Olimpiada de Biologia de Catalunya ]

Un cop decidit el calendari i l’estructura de la prova, es va difondre la convocatòria pels múltiples canals disponibles, per garantir que arribés a tots els centres públics i privats de Catalunya on s’imparteix batxillerat. A continuació, es va obrir la inscripció dels participants per via telemàtica, del 15 de desembre de 2010 fins al 21 de gener de 2011. Es va registrar una resposta molt bona, amb dos-cents alumnes inscrits provinents de norantavuit centres d’arreu de Catalunya. Tal com s’indicava a les bases, en aquesta primera edició la participació estava limitada a cent alumnes, i es van establir com a criteri de selecció les qualificacions de primer de batxillerat, tant de la matèria de biologia com del conjunt de matèries que cursen els alumnes. Un cop realitzat aquest procés, van quedar seleccionats cent cinc alumnes, amb una nota de tall, més que destacable, de 8,94. Així, el dissabte 12 de febrer es van fer a les dependències de CosmoCaixa Barcelona la prova teòrica consistent en

la resolució d’un qüestionari de cinquanta preguntes teòriques de resposta múltiple, orientades a comprovar els coneixements dels alumnes aplicats a qüestions presentades en un context versemblant. Tots van tenir l’oportunitat de passar a la segona fase de la prova, de tipus pràctic, que va tenir lloc al CESIRE-CDEC. L’objectiu era posar a prova les destreses dels participants en la resolució de problemes de tipus pràctic que impliquessin el treball amb estris de laboratori. La puntuació final dels participants es va calcular com a mitjana de les dues parts, teòrica i pràctica, en què es va estructurar la prova. En la línia de promoció del talent d’aquests alumnes, el dimarts següent, 15 de febrer, el lliurament de premis va anar precedit al matí per sengles visites personalitzades al Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona i al Centre Mediterrani d’Investigacions Marines i Ambientals.

Els onze alumnes que van aconseguir les millors qualificacions van ser (per ordre alfabètic): • Anton Aubanell Creus, de l’IES Ramon Turró i Darder de Malgrat de Mar

El mateix dimarts a la tarda es va dur a terme l’acte de cloenda i lliurament de premis a la sala Pere i Joan Coromines de l’IEC. El president de la SCB, Lluís Tort, va obrir l’acte, mentre que la clausura la va fer el secretari científic de l’IEC, Ricard Guerrero. Els premis van ser lliurats per representants de les diferents entitats que van donar suport a l’Olimpíada. Els guanyadors d’aquesta primera edició de la prova van ser:

• 1r premi: Sergi Rodríguez Calado • 2n premi: Aitor López González • 3r premi: Jordi Ramon Baqués. Cal remarcar que els guanyadors van participar en la VI Olimpiada Española de Biología (amb inscripció, viatge i allotjament inclosos), celebrada a Granada del 31 de març al 3 d’abril. En aquesta prova competien els guanyadors de les diverses comunitats autònomes de l’Estat, amb opció de classificar-se per disputar tant la XXII Olimpíada Biològica Internacional, que tindrà lloc del 10 al 17 de juliol a Taipei, com la V Olimpíada Iberoamericana de Biologia. Cal destacar que Aitor López González va quedar classificat entre els quatre primers en la prova espanyola, cosa que el qualifica per disputar la competició internacional el proper juliol.

• Sergi Barrantes Verdoy, de l’IES Numància de Santa Coloma de Gramenet • Àngel Bistúe Rovira, de l’Escola La Farga de Sant Cugat del Vallès • Berta Claramunt Serra, de l’IES Cultural del CIC de Barcelona • Erik Forsberg Conde, de l’IES Consell de Cent de Barcelona • Aitor López González, de l’Escola Maristes de Rubí • Júlia Melià Alomà, de l’Escola Sant Miquel de Barcelona • Anna Muro Barbé, de l’IES Cultural del CIC de Barcelona • Estel Pons Viñas, de l’IES Montgrí de Torroella de Montgrí • Jordi Ramon Baqués, de l’IES Francesc Xavier Lluch i Rafecas de Vilanova i la Geltrú • Sergi Rodríguez Calado, de l’Escola EDUCEM II de Granollers.

Finalment, des de l’organització volem felicitar a tots els alumnes participants per l’esforç i el bon esperit amb què van competir i, especialment, als guanyadors per la seva brillant actuació. Volem destacar també la dedicació de tot el professorat implicat en la preparació i motivació d’aquests alumnes, i agrair a totes les entitats implicades i als patrocinadors la col·laboració prestada. Sense tots ells no hagués estat possible fer realitat aquesta experiència. El repte ara és consolidar la iniciativa i convertir-la en un referent d’estímul a l’esforç individual, i millorar-la en tots els aspectes que sigui possible a partir de l’anàlisi del seu funcionament i de les opinions recollides entre els participants i el seus professors. I

Omnis Cellula 26

43

Juny 2011


Ciència en Societat

La presència oblidada de la química Escrit per

Xavier Duran

Químic i periodista, director del programa El medi ambient (TVC)

«Aquest any internacional ha de permetre anul·lar la idea que la química està allunyada de la natura i del seu funcionament.»

M

acabo de pensar com enfocar un més dels articles sobre l’Any Internacional de la Química, repasso el número de Science de l’1 d’abril. A la pàgina 20, hi llegeixo que ha mort als vuitantaun anys Thomas Eisner, un dels fundadors de l’ecologia química. Eisner va estudiar el llenguatge químic que permet a insectes i artròpodes lluitar contra plagues i invasors, aparellar-se o capturar preses. L’ecologia química va estendre aquest estudi a altres animals i a les plantes. A la mateixa pàgina m’assabento que el Premi Tyler de ciències ambientals de 2011 ha estat atorgat a May Berenbaum, que també ha dedicat molts anys a estudiar les molècules que plantes i insectes han utilitzat com a defensa. entre

Aquestes dues notícies em faciliten l’enfocament que havia pensat: aquest Any Internacional ha de servir per fer veure la importància de la química en les nostres vides i el nostre benestar, però en bona part ha de permetre anul·lar la idea que aquesta ciència està allunyada de la natura i del seu funcionament. És interessant i important fer veure que la química és bàsica per al nostre benestar. Que vivim envoltats de productes químics i que la

Omnis Cellula 26

44

Juny 2011

majoria dels avenços tecnològics que tenim no haurien estat possibles o no haurien estat tan eficients sense el paper dels químics. També cal ressaltar que la química ha tingut un paper bàsic en l’augment de l’esperança de vida i en l’èxit en la lluita contra malalties molt diverses; sense oblidar que molts compostos químics també han creat o han contribuït a crear problemes ambientals i de salut. Però no aprofitarem prou aquest esdeveniment si no ens esforcem a matisar la idea que la química és molt més a prop de la síntesi i dels processos industrials que del funcionament de la natura en general i dels progressos en ciències de la vida. Si demanéssim a persones amb una certa cultura química que destaquessin molècules que han tingut un paper important en la història probablement en citarien algunes de naturals i unes quantes d’artificials. La llista podria ser molt llarga i dependria de cada persona a qui preguntéssim: cautxú, quinina, baquelita, penicil·lina, niló, etc. Hi ha aquí substàncies trobades a la natura però que s’han caracteritzat, i fins i tot sintetitzat, gràcies a la química i a substàncies totalment sintètiques. Totes es distingeixen, però, perquè han tingut utilitat. En el cas de les naturals, algunes molt abans que se n’hagi conegut l’estructura.


[ La presència oblidada de la química ]

Però la química ha permès d’estudiar-les millor, trobar-hi nous usos, modificar-les, etc. En alguns casos, ha estat vital i probablement ha tingut una influència decisiva en el decurs de la història. Pensem, per exemple, en la síntesi de substituts del cautxú als Estats Units durant la Segona Guerra Mundial, que van ser imprescindibles en l’economia i la indústria de guerra. Però, citaria algú el DNA? No hi ha dubte que la segona meitat del segle xx va ser l’era de la biologia molecular. No crec que sigui injust prendre una mica del merescut protagonisme dels biòlegs si en cedim una mica als químics —i als físics— que van facilitar les eines per escrutar la matèria. El DNA és una molècula i, per tant, pot ser objecte d’estudi per la química, entre d’altres ciències. I tot i la contribució d’especialitats ben diverses, no se n’hauria pogut conèixer l’estructura sense la química i no s’hauria aprofundit en el seus mecanismes ni s’hauria pogut modificar sense la química. Això ve a tomb perquè la química és una ciència contínuament present en els grans avenços científics i tecnològics i, en canvi, poc valorada davant d’altres disciplines. Centrant-nos en l’àmbit de la natura, trobaríem la química en gairebé tots els àmbits. L’exemple d’Eisner, que amb l’anàlisi de substàncies químiques establia relacions o analitzava les estructures dels ecosistemes, n’és una bona mostra. Però en podem trobar moltíssims més. Com més afinem en el coneixement del càncer a nivell molecular, com més avancem per comprendre per què unes cèl·lules tumorals faran metàstasi i en quins òrgans o per què uns pacients responen a una quimioteràpia i d’altres no, estem utilitzant la química. Amb tot això em refereixo a la imatge de la química en la societat. No seria ni just ni lògic intentar establir una jerarquia de ciències i dis-

cutir quina part de mèrit tenen la biologia, la medicina, la física i fins i tot la geologia; per no parlar de les matemàtiques, la base de tot. Tots els científics coneixen la importància de la multidisciplinarietat i de les noves maneres d’enfocar un problema o compartir mètodes i instruments. Faig l’anàlisi des del punt de vista d’un any internacional que ha de millorar el coneixement de la química i valorar-ne el paper, però que quedaria coix si se centrés en el desenvolupament tecnològic i farmacològic i no aprofités per reivindicar el seu paper en les ciències de la vida. Destacar aquesta presència oblidada, negligida, de la química quan parlem de lluitar contra el càncer o de nous coneixements sobre el funcionament del cervell, significa «No crec que sigui injust desaprofitar una bona oportunitat prendre una mica del merescut per fer més propera aquesta ciència. La nefasta idea que químic es contra- protagonisme dels biòlegs si en posa a natural —i que alguns publi- cedim una mica als químics —i citaris contribueixen a difondre— es als físics— que van facilitar les pot compensar si destaquem que la química no només explica els pro- eines per escrutar la matèria.» cessos fisiològics que es produeixen en els éssers vius, sinó que és imprescindible per avançar en el seu control. En definitiva, que la natura funciona perquè hi ha milions de substàncies químiques que reaccionen i es transformen. El lema de l’Any de la Química —«Química: la nostra vida, el nostre futur»— és ben explícit, però probablement cal afermar-lo amb molts exemples que demostrin al conjunt de la societat que aquesta vida i aquest futur que es recolzen en la química no es refereixen només a nous materials i a productes més o menys útils, sinó també —o potser, sobretot— a l’estructura fonamental de la vida, que es va iniciar, precisament, quan algunes molècules van aprendre a autoreplicar-se per perpetuar el missatge que duien escrit en la combinació dels seus àtoms. I

Omnis Cellula 26

45

Juny 2011


Racó A fonsdel microbi

Pols, polls, pèls, pells... i microbis

Escrit per

Mercè Berlanga1, Ricard Guerrero2 1 Departament de Microbiologia i Parasitologia Sanitàries, Universitat de Barcelona 2 Departament de Microbiologia, Universitat de Barcelona

Si en un dia assolellat ens posem a prop d’una finestra en una habitació fosca i seguim el raig de sol que hi entra, podrem observar milers de puntets brillants que són partícules de pols, pèls, fils i diferents materials en suspensió. Haurem vist l’efecte Tyndall, anomenat així per John Tyndall (1820-1893), el primer científic a demostrar que la pols contenia principalment matèria orgànica. Va observar que el seu alè (espirat) no contenia partícules en suspensió. Tyndall coneixia els mètodes antisèptics aplicats en cirurgia per Joseph Lister (1827-1912), que reduïen molt les infeccions postoperatòries. Així doncs, l’aire contenia microorganismes responsables de les infeccions? Tyndall va proposar la teoria que les malalties estaven ocasionades per gèrmens que hi havia a l’aire, una idea que no van acceptar la majoria dels metges de l’època (fig. 1).

Dibuix de microorganismes de l’aire. Fotografia de Cuevas Labradas (Guadalajara). Dibuix i foto de M. Berlanga.

L’

és un dels quatre elements aristotèlics, juntament amb l’aigua, la terra i el foc. Els grecs distingien entre l’aire atmosfèric, on estem immersos, i l’èter, o espai exterior i diví. Anaxímenes de Milet (585-524 aC) va creure que l’aire era l’arjé, l’origen de tot el que existeix. Des de molt antic, s’havia observat que a l’aire hi havia alguna cosa que permetia respirar i que avivava el foc. A l’inici de la ciència moderna (segle xvi), els ciaire

Omnis Cellula 26

46

Juny 2011

entífics van intentar esbrinar què era això que no es veia i sense el qual no podíem viure. En l’obra de teatre Oxigen, de Carl Djerassi i Roald Hoffmann, es dramatitza el fet que encara no sabem qui va ser el científic que més va contribuir a esbrinar la composició de l’aire, si el suec Scheele, l’anglès Priestley o el francès Lavoisier. Gràcies a ells sabem que l’aire és una mescla de dos gasos purs: un 79 % de nitrogen i un 21 % d’oxigen, aproximadament. Però l’aire és més que una mescla de gasos que ens permet respirar o fa que hi hagi incendis; és un mitjà de dispersió de moltes formes de vida diminuta i també un vehicle de transmissió de malalties. Pols i pèls La pols és a tot arreu! Res la deté, penetra a través de portes i finestres; fins i tot sembla generar-se del no-res. Uns dies després —de vegades hores— sense netejar se n’observa la presència, dipositada com una fina capa en superfícies. La composició de la pols varia segons l’ambient i el lloc; i es pot desplaçar a grans distàncies. En un ambient natural de Catalunya, per exemple, es poden trobar fragments de plantes, fongs, insectes, pol·len, espores, microorganismes i


[ Pols, polls, pèls, pells... i microbis ]

grans de sorra del Sàhara. La pols de les cases, oficines i altres ambients humans conté petites quantitats de pol·len, pèls d’humans i d’animals domèstics, escates, microorganismes, àcars, fibres tèxtils, fibres de paper, minerals del sòl arrossegats per l’aire i altres materials de l’entorn. El borrisol consisteix en petites acumulacions de pols que es formen on no es neteja amb regularitat, com ara sota els mobles, llits i catifes. La pols consisteix en partícules relativament grans que es dipositen pel seu propi pes. També hi ha partícules microscòpiques (0,5-30 µm), generalment de naturalesa líquida, que tendeixen a romandre suspeses durant alguns períodes de temps. Són els aerosols, i poden contenir microorganismes. La composició i la concentració de microorganismes en un aerosol depèn de la font on s’ha generat i dispersat. Els aerosols poden tenir microorganismes vius actius, com ara bacteris, fongs i virus, alguns dels quals poden ser patògens; i també restes de microorganismes, com ara trossos de parets bacterianes, metabòlits i toxines, que podrien ser tòxics o provocar al·lèrgies. Molts éssers vius utilitzen l’atmosfera com a mitjà de propagació. És el cas del pol·len de les plantes, que pot ser disseminat pel vent. Per tant, una estratègia biològica natural es converteix, per a alguns humans susceptibles, en malestar o al·lèrgies. A més, la generació d’aerosols no és un fenomen rar: ocorre, per exemple, en obrir una aixeta, en dutxar-se, rentar-se les dents, esternudar, tossir, parlar, cantar, etc. En un esternut es poden generar fins a un milió de

gotes de diferents mides, que es poden desplaçar fàcilment fins a 6 m de distància a una velocitat de 50 m/s. En tossir es generen aproximadament de 1.000 a 10.000 gotes, que poden arribar a 2 m de distància, a una velocitat de 10 m/s. S’ha observat que quan es parla de forma acalorada, acompanyada de, diguem-ne, imprecacions, es genera una gran quantitat d’aerosols carregats amb microorganismes, de manera que no només hi ha un atac verbal, sinó també microbiològic. D’altra banda, la microbiota de la pell humana passa a l’atmosfera en grans quantitats en practicar esports, banyar-se o, simplement, en enlairar els llençols per fer el llit. A priori inofensiva i necessària, aquesta tasca pot tenir importància als medis hospitalaris, ja que és una forma de dispersió aèria de microorganismes patògens. Malalties transmeses per l’aire Els humans inhalem aproximadament 10 m3/ dia d’aire. En l’aparell respiratori superior (nasofaringe, cavitat bucal, laringe i faringe), els microorganismes viuen en zones banyades per mucoses. Els bacteris hi penetren contínuament amb l’aire durant la respiració, però la majoria queden atrapats i són posteriorment expel·lits per les secrecions nasals. L’aparell respiratori inferior (tràquea, bronquis i pulmons) d’individus sans no té una microbiota comensal, tot i el gran nombre de microorganismes que potencialment podrien arribar-hi. Les partícules de pols grosses (més grans de 10 mm) són retingudes en l’aparell respiratori superior. Les partícules menors de 6 mm poden arribar als pulmons; i només les partícules de mida inferior a 3 mm poden arribar als bronquíols. Encara que els microorganismes que colonitzen l’aparell respiratori superior es difonen en forma de partícules a l’aire, la capacitat per sobreviure a les gotes varia segons l’espècie. Neisseria meningitidis, per exemple, no sobreviu bé en suspensió, i les gotes que han viatjat més d’1 m d’una persona infectada no contenen, en general, microorganismes viables. Per tant, els bacteris d’aquesta espècie poden ser transferits a altres persones només per contacte directe o molt proper. No obstant això, altres microorganismes resisteixen condicions de sequedat

Omnis Cellula 26

47

Juny 2011

tFigura 1. Placa de Petri exposada a l'aire durant una hora. S’observa el creixement de diferents tipus de colònies de microorganismes sobre el medi de cultiu. Placa preparada per M. Berlanga; foto: Rubén Duro.


Racó A fonsdel microbi i poden sobreviure a la pols durant llargs períodes de temps. En general, els bacteris grampositius (Staphylococcus, Streptococcus) són més resistents que els gramnegatius (Neisseria) pel fet de tenir una paret cel·lular més gruixuda i rígida. Un patogen que es transmet molt bé per via aèria es Mycobacterium tuberculosis, gràcies a una capa cèria que n’afavoreix la supervivència a l’aire. Pells i polls Els àcars de la pols són aràcnids microscòpics d’uns 0,3 mm que es multipliquen amb una gran facilitat en ambients càlids i humits. L’aliment més preuat el troben a les escates (pells mortes) que es desprenen diàriament de la nostra pell.

A diferència dels àcars, els polls sí que es poden observar a simple vista. Al llarg de la nostra història han estat i són una molèstia i un perill, ja que poden transmetre malalties infeccioses. Els polls són petits insectes hematòfags de l’ordre Phthiraptera, amb dos subordres que clàssicament corresponen als polls xucladors (en mamífers) i als polls mastegadors (en mamífers i ocells). Tres espècies de polls parasiten exclusivament la pell humana. El terme pediculosi s’utilitza per denominar les infeccions per polls: pediculosi del cap (causada per Pediculus capitis), pediculosi del cos o la roba (P. humanus) i pediculosi genital o lladelles (Phthirius pubis) (fig. 2). Tots ells són petits insectes, d’1 a 3 mm de longitud, que parasiten les zones pi-

Els àcars (vius i morts) es poden trobar per centenars en cada gram de pols domèstica, especialment al matalàs, coixí i roba del llit, però també en catifes, cortinatges, sofàs i peluixos. La majoria de les persones no saben que convivim amb els àcars, però la seva presència es fa evident per a les que pateixen d’asma, èczemes i al·lèrgies. La principal font d’al·lèrgens dels àcars són els seus excrements, que en ser inhalats per una persona sensible constitueixen el detonant de la reacció. Cada àcar produeix unes 20 partícules fecals cada dia, que continuen ocasionant símptomes al·lèrgics fins i tot després de la mort de l’aràcnid. Un nivell entre 100-500 àcars per gram de pols es considera un factor de risc per a l’asma.

loses i s’alimenten xuclant sang a través de petites picades a la pell. Dels tres, la infestació per polls del cap és la més freqüent i és un problema sanitari sobretot en la població escolar. En les pediculosis del cap ni tan sols els rentats regulars de cos i cap n’eviten l’aparició. Ben al contrari, a mesura que han millorat les condicions higièniques de la població general, les infeccions per polls del cos i del pubis a les zones piloses (aixella, engonals, pubis, parpelles o barba) s’han convertit en una raresa que només afecta els individus en condicions higienicosanitàries precàries. Com a hematòfags, els polls del cos i de la roba poden transmetre malalties com ara el tifus exantemàtic (Rickettsia prowazekii), la

uFigura 2. Dibuix d’un poll en el llibre Micrographia, de Robert Hooke (1665) i fotografia d’un poll actual. Foto: Rubén Duro.

Omnis Cellula 26

48

Juny 2011


[ Pols, polls, pèls, pells... i microbis ]

Malaltia

Agent etiològic

Hoste habitual

Transmissió habitual

Carboncle

Bacillus anthracis

Bovins, ovelles, cabres, animals salvatges, etc.

Inhalació, ingestió d’espores, contacte directe

Coriomeningitis limfocitària

Arbovirus

Rosegadors, cobais, micos Inhalació de pols contaminada, ingestió de menjar contaminat

Catarro (tos ferina)

Bordetella pertussis

Humans

Contacte persona-persona per inhalació

Diftèria

Corynebacterium diphtheriae Humans

Contacte persona-persona per inhalació, fomites

Febre Q

Coxiella burnetii

Bovins, ovelles, cabres

Inhalació de terra i pols contaminats

Grip

Orthomyxovirus

Humans

Contacte persona-persona per inhalació, fomites

Malalties estreptocòcciques

Streptococcus pyogenes (escarlatina), S. pneumoniae

Humans

Contacte persona-persona per inhalació d’aerosols i altres secrecions respiratòries

Meningitis meningocòccica

Neisseria meningitidis

Humans

Contacte persona-persona per inhalació

Borm

Pseudomonas mallei

Cavalls

Contacte amb la pell, inhalació

Psitacosi

Chlamydia psittaci

Ocells

Contacte directe, inhalació d’aerosols

Tuberculosi

Mycobacterium tuberculosis

Humans

Contacte persona-persona per inhalació

Xarampió

Paramyxovirus

Humans

Contacte persona-persona per inhalació d’aerosols, altres secrecions respiratòries, fomites.

febre de les trinxeres (Bartonella quintana) i la febre recurrent (Borrelia recurrentis). Hem d’higienitzar el nostre ambient? Per evitar l’acumulació de pols s’ha de netejar sovint, en el sentit d’eliminar la brutícia visible sense dispersar. Els plomalls i les escombres resuspenen i dispersen la pols, la canvien de lloc. Per treure-la de manera efectiva cal utilitzar baietes humides o teixits que atrapin les partícules. Si en una casa no hi ha al·lèrgics, es poden continuar les pràctiques clàssiques de neteja; però, si n’hi ha, caldria utilitzar aspiradors amb filtres adequats. En casos d’al·lèrgies també s’hauria de reduir el nombre de peluixos (o eliminar-los), així com les catifes i moquetes, ja

que atreuen i acumulen molta pols. Les plantes d’interior, i el pol·len, també poden contribuir a contaminar l’ambient interior de la casa. De tota manera, és clar que s’ha de netejar, però tampoc no hem d’intentar aconseguir l’ambient asèptic de les sales d’operacions d’hospital. L’entrada de microorganismes al cos contribueix a desenvolupar el nostre sistema immunitari. L’obsessió moderna per la neteja extrema pot ser contraproduent, sobretot en els nens, ja que poden desenvolupar trastorns al·lèrgics. Com deien els romans, in medio virtus; vivim envoltats de microbis, i la major part ens ajuden a protegir-nos de la petita minoria que ens pot fer emmalaltir o matar. I

Per saber-ne més Brodie, E. L.; Desantis, T. Z.; Parker, J. P. M.;

crobiology Today, novembre 2005, p. 172-173.

Zubietta, I. X.; Piceno, Y. M.; A ndersen, G. L.

Djerassi, C. (2011) «La història de l’obra teatral

(2007). «Urban aerosols harbor diverse and dynamic bacterial populations». PNAS, vol. 104, p. 299-304. Clark, D. (2005). «Microbe-laden aerosols». Mi-

Oxigen». Mètode, núm. 69, p. 105-110. Watts, G . (2004). «Commentary: the defence of dirt». British Medical Journal, vol. 328, p. 1226.

Omnis Cellula 26

49

Juny 2011

pTaula 1. Malalties de transmissió aèria


EL LLADRE DE CERVELLS Escrit per Joaquim Elcacho

D

de passar gairebé un any a l’Institut de Tecnologia de Massachusetts (MIT) escoltant de primera mà les explicacions d’alguns dels científics més destacats i innovadors del món, Pere Estupinyà, científic i periodista, explica la seva experiència de manera didàctica i atractiva en el llibre El lladre de cervells, l’edició castellana del qual —El ladrón de cerebros— està editada per Debate (2010). Neurologia, cosmos, nutrició, biociències, medi ambient i evolució són alguns dels camps de la ciència que l’autor dissecciona i presenta als lectors. esprés

Les relacions entre científics i divulgadors de la ciència no sempre han estat fàcils, en especial quan els divulgadors són periodistes. Molts científics pensen que els periodistes tenen poca preparació científica —cosa que sovint és veritat— i s’interessen poc per la recerca, amb l’excepció dels temes que puguin generar titulars espectaculars —cosa que sovint també és veritat. Però, què passa quan una persona amb formació científica decideix aparcar o abandonar la seva carrera com a investigador i dedicar-se a la divulgació? Durant moltes dècades, els científics més ortodoxos consideraven que els companys que s’atrevien a escriure articles de divulgació o aparèixer a la televisió eren investigadors de segona o tercera categoria. L’experiència personal de Pere Estupinyà demostra que, en bona part, aquests prejudicis han deixat de tenir sentit. Com també ha deixat de ser vàlid el tòpic gremialista que afirmava que per ser periodista s’ha de passar per les facultats de ciències de la informació. Pere Estupinyà fa temps que ha demostrat que la ciència i el periodisme poden anar de la

mà en benefici del coneixement humà, i ara ho confirma de nou amb la publicació d’un llibre especialment atractiu. Pere Estupinyà (Tortosa, 1974), per a aquells que encara no ho sabien, va abandonar els estudis de doctorat en genètica

Fitxa tècnica El lladre de cervells Pere Estupinyà La Magrana (Barcelona, 2011) 480 pàgines

perquè es va adonar que el pica-pica del periodisme científic pot ser més atractiu com a aposta vital que el plat únic amb què la recerca científica especialitzada amenaça sovint de convertir-se. Va treballar durant quatre temporades com a guionista i editor del programa Redes de RTVE, que dirigeix Eduard Punset i, al 2007, gairebé de casualitat, va guanyar

Omnis Cellula 26

50

Juny 2011

una beca Knight per passar un any al MIT i a la Universitat de Harvard per aprendre què fan i com treballen els millors especialistes d’aquests centres. El lladre de cervells és un dels resultats d’aquesta excepcional oportunitat d’aprenentatge. Hi ha molt poques persones interessades en la divulgació de la ciència que tinguin aquest tipus d’oportunitats i menys encara que ho sàpiguen aprofitar com Pere Estupinyà. El llibre és, doncs, una llarga llista d’experiències viscudes en seminaris, xerrades, visites i converses particulars amb investigadors de primer nivell mundial. Lluny de robar, l’autor s’acosta amb curiositat als personatges i als temes científics per entendre’ls i després difondre’n el coneixement. En aquest cas, el pica-pica viscut per Estupinyà està amanit també amb una llarga llista d’anècdotes i titulars periodístics; és a dir, l’autor no només ha après molta ciència al MIT i a Harvard, sinó que també ha refinat el seu bon olfacte periodístic, tot interessant-se per qüestions d’actualitat i d’interès informatiu innegables. Aprofitant l’experiència en el programa de televisió dirigit per Punset —que sovint atrau l’atenció dels espectadors tot parlant de la complexitat del cervell i del comportament humà—, Estupinyà dedica els dos primers capítols del llibre a les neurociències, l’oxitocina, la millora de les capacitats cognitives, la felicitat i el pensament positiu. No fa falta entrar en gaires detalls sobre el contingut del llibre, però l’autor no exagera quan explica que ha tingut l’oportunitat de parlar amb alguns dels millors experts del món en moltes de les disciplines científiques. Una experiència de poc menys de cinc-centes pàgines que cap amant de la ciència no es pot deixar escapar. I


Societat Catalana de Biologia Filial de l’Institut d’Estudis Catalans Secció de Ciències Biològiques

Programa d’activitats dels mesos de juny i juliol del 2011 Dilluns

1

ACTIVITATS DEL XII Jornada de Biologia de la Reproducció Organitza: Secció de Biologia de la Reproducció. Sala Prat de la Riba, IEC, carrer del Carme, 47, Barcelona. Més informació: http://scb.iec.cat

JUNY

Divendres 9.30 h

3, 17 i 24

Seminaris Organitza: Secció de les Illes Balears. •Dia 3: MLS in the analysis of the distribution of genomovars in P. stutzeri, a càrrec de Claudia Scotta (UIB). •Dia 17: Anaerobic hydrocarbon degradation by marine sulfate-reducing bacterial strains, a càrrec d’Ana Belén Suárez (IMEDEA). •Dia 24: Diversidad de aislados clínicos y ambientales de P. aeruginosa, a càrrec de David Sánchez (UIB). Aula Multiusos dels Serveis Científico-Tècnics, Campus de la UIB, carretera de Valldemossa, km 7,5, Palma.

Divendres 12.15 h

3 i 10

Conferències Organitzen: Seccions d’Ecologia Aquàtica i Microbiologia •Ecosistemes de gran profunditat al Census of Marine Life: 10 anys d’exploració i plans de futur, a càrrec d’Eva RamírezLlodra (ICM). •El Dr. Margalef i el concepte de diversitat biològica, a càrrec de Marta Estrada (ICM). Sala d’Actes de l’ICM, passeig Marítim de la Barceloneta, 37-49, Barcelona.

Dimarts i dimecres Tot el dia

7-8

Dimecres 12,30 h

8

XIX Jornades de Biologia Molecular Organitza: Secció de Biologia Molecular, amb la col·laboració de la Secció de Biologia i Indústria. Sala Prat de la Riba, IEC, carrer del Carme, 47, Barcelona.Més informació: Més informació: http://scb.iec.cat · Inscripcions: http://scb.iec.cat/jornades/molecular19.asp

Conferència Organitza: Secció de Lleida Autofagia como proceso de supervivencia en el alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii, a càrrec de José L. Crespo (IBVF). Facultat de Medicina, UdL, carrer de Montserrat Roig, 2, Lleida. Assemblea General Ordinària de la SCB Sala Nicolau d’Olwer, IEC, carrer del Carme, 47, Barcelona.

19.00 h Dimecres 18.00 h

15

Conferència Organitzen: Seccions d’Ecologia Aquàtica i Microbiologia Labor del Centro Mediterráneo de Investigaciones Marinas y Ambientales (CSIC) en nuestra sociedad, a càrrec d’Albert Palanques, director de l’ICM. Sala d’Actes de l’ICM, passeig Marítim de la Barceloneta, 37-49, Barcelona.

Dimarts

28

Quant carboni tenim sota els peus? Carboni subterrani i funcionament dels boscos Organitza: Secció d’Ecologia Terrestre. Sala Prat de la Riba, IEC, carrer del Carme, 47, Barcelona. Més informació: http://scb.iec.cat · Es prega confirmar assistència a scb@iec.cat

Dilluns Tot el dia

4

Divendres 9.30 h

8 i 15

Divendres 12:15 h

8

ACTIVITATS DEL XI Jornada de Biologia Evolutiva Organitza: Secció de Biologia Evolutiva. Sala Pere Coromines, IEC, carrer del Carme, 47 Barcelona. Més informació: http://scb.iec.cat

Seminaris Organitza: Secció de les Illes Balears. •Dia 8: Aplicación de métodos moleculares en el análisis de alimentos: GMO’s, alergenos y patógenos, a càrrec d’Ana Cifuentes (IMEDEA). •Dia 15: Caracterización genómica de Citreicella sp. cepa 357, a càrrec de Bel Brunet (UIB). Aula Multiusos dels Serveis Científico-Tècnics, Campus de la UIB, carretera de Valldemossa, km 7,5, Palma. Seminari Organitzen: Seccions d’Ecologia Aquàtica i Microbiologia La microscòpia confocal i la microscòpia electrònica com a eines de recerca, a càrrec de Mònica Roldán i Emma Rossinyol (UAB). Sala d’Actes de l’ICM, passeig Marítim de la Barceloneta, 37-49, Barcelona.

Llegenda de sigles · IBVF: Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis, ICM: Institut de Ciències del Mar, IEC: Institut d’Estudis Catalans, IMEDEA: Institut Mediterrani d’Estudis Avançats, SCB: Societat Catalana de Biologia, UAB: Universitat Autònoma de Barcelona, UdL: Universitat de Lleida, UIB: Universitat de les Illes Balears

Societat Catalana de Biologia Filial de l’Institut d’Estudis Catalans

Per a qualsevol informació complementària, adreceu-vos a la secretaria de la SCB C/ Carme, 47. 08001 Barcelona Tel. 933 248 584 Fax 932 701 180 A/e scb@iec.cat Adreça d’internet: http://scb.iec.cat Horari d’atenció De dilluns a divendres, de 10 a 14 h

JULIOL

PATROCINADORS


Omnis Cellula 26

52

Juny 2011