La ciència el 2019

Dels forats negres a la cara d’un denissovà

Les troballes científiques d'aquest any que s'acaba apunten a un futur que en alguns casos sembla ciència-ficció

En un any es fa molta ciència i triar, ja se sap, és difícil. Les 5 fites que es presenten en aquesta peça s’han seleccionat principalment pel potencial de marcar un salt qualitatiu en l’àmbit corresponent. En alguns casos han requerit la col·laboració de centenars d’investigadors de tot el món.

L’abisme còsmic vist per primer cop

El 10 d’abril l’equip de l’Event Horizon Telescope (EHT) va fer pública la primera imatge que s’ha enregistrat mai d’un forat negre. Aquesta fotografia inèdita és fruit d’un esforç que va començar fa dues dècades i que els últims anys ha requerit la col·laboració de 200 científics de més de 40 països. El forat negre retratat, batejat amb el nom de M87*, es troba al centre d’un cúmul d’estrelles el·líptic (M87), situat a 55 milions d’anys llum de la Terra. Això és tan lluny que per detectar-lo es necessitaria un instrument capaç de distingir a ull nu una moneda a la superfície de la Lluna. I una precisió com aquesta requereix un telescopi de la mida de la Terra. Impossible? En absolut.

La clau per aconseguir la precisió desitjada va ser combinar les dades de vuit radiotelescopis distribuïts per tot el món com si fossin parts d’un aparell enorme. Mitjançant la programació d’algoritmes d’intel·ligència artificial es va reconstruir la imatge a partir dels fragments observats. Aquest procés tan complex el va liderar una jove enginyera i programadora del California Institute of Technology, Katie Bouman, que es va fer famosa de sobte gràcies a una fotografia viral en què no pot amagar l’emoció després de veure la imatge del forat negre per primer cop.

Quan Einstein va presentar la teoria de la relativitat general el 1915 poc es pensava que aquesta podia amagar la possibilitat de monstres com els forats negres. Quan el mateix any Karl Schwarzschild li va escriure des del front rus per anunciar-l’hi, el físic suís no se’l va prendre seriosament. Si Einstein aixequés el cap, no se sap si estaria desolat per no haver-se’n adonat o, al contrari, cofoi perquè la imatge de l’M87* confirma un cop més que la seva teoria segueix sent la millor manera que hem trobat d’entendre l’espai i el temps.

La supremacia quàntica

Google va anunciar aquesta tardor una fita que laboratoris de tot arreu empaitaven des de fa temps: el seu ordinador quàntic va fer en 3 minuts i 20 segons un càlcul que els superordinadors més potents del món no podrien completar en menys de 10.000 anys. La troballa va despertar immediatament tota mena de reaccions. Des del cercles pròxims al gegant de Sillicon Valley es parlava de supremacia quàntica, és a dir, del fet que un ordinador quàntic superés per primera vegada la capacitat de càlcul dels processadors clàssics. Un altre gegant de la computació, IBM, que, juntament amb Intel, Microsoft i el mateix Google, lidera el desenvolupament d’ordinadors quàntics als Estats Units, de seguida va posar en dubte la troballa. No obstant això, el resultat es va publicar a la revista Nature.

Els ordinadors quàntics són fruit d’un segle de recerca en la naturalesa fonamental de la matèria i funcionen amb una lògica interna completament diferent a la dels processadors clàssics. Teòricament això els permet arribar a potències de càlcul inimaginables per als ordinadors convencionals. Tot i que un ordinador quàntic com el de Google encara costa milions d’euros, la computació quàntica pot esperonar un salt qualitatiu en àmbits com la seguretat, la intel·ligència artificial, el big data, la cerca de nous medicaments i la ciència de sistemes complexos com el clima.

Edició genètica d’alta precisió

L’investigador David Liu, del Broad Institute de l’MIT i la Universitat de Harvard, va publicar a finals d’octubre una nova tècnica d’edició genètica que supera amb escreix la precisió de les tècniques actuals, conegudes popularment com a CRISPR. La limitació principal d’aquestes tècniques és que el tall a la cadena d’ADN que es vol modificar es fa amb gran precisió, però el procés d’enganxar-hi el nou fragment per concloure l’edició és imprecís i pot introduir errors de conseqüències desconegudes. La nova tècnica, batejada com a prime editing, millora sensiblement el procés de reparació de l’ADN fins al punt que en els 175 experiments que s’han fet fins ara s’ha multiplicat per 270 la relació entre edicions correctes i incorrectes que s’aconsegueix amb la tècnica CRISPR original.

En aquests experiments els investigadors han aconseguit esmenar l’ADN de cèl·lules humanes afectades per malalties com l’anèmia falciforme i la malaltia de Tay-Sachs. Però el prime editing també té limitacions: ara per ara no permet editar fragments d’ADN de més de 80 molècules, cosa que impedeix que s’utilitzi en casos quotidians de laboratori com la producció de proteïnes fluorescents, el suïcidi condicional de certes cèl·lules o la modificació genètica de glòbuls blancs per tractar alguns càncers. Malgrat tot, aquesta tècnica representa un pas de gegant cap al domini de l’edició genètica de precisió.

Veure un ésser viu a partir de l’ADN

Els humans moderns vam conviure fa més de 50.000 anys amb, com a mínim, dues espècies humanes més: els neandertals i els denissovans. Dels neandertals s’han localitzat moltes restes òssies, gràcies a les quals és possible reconstruir-ne l’aspecte. Dels denissovans, en canvi, se n’han trobat poquíssimes restes: tot just dues dents, una falange del dit petit i una mandíbula. A partir d’una nova tècnica i utilitzant només l’ADN de l’os del dit petit, un equip internacional de científics va reconstruir per primera vegada la fesomia d’un denissovà. La tècnica desenvolupada en aquest treball, liderat per l’investigador Liram Carmel de la Universitat Hebrea de Jerusalem i en què va col·laborar Tomàs Marquès, investigador ICREA i director de l’Institut de Biologia Evolutiva de la UPF i el CSIC, aconsegueix que una activitat més pròpia de la ciència-ficció passi a ser, simplement, ciència.

A partir d’ara, doncs, es podrà reproduir l’aspecte d’espècies de les quals es disposa de poques restes fòssils però de les quals es té ADN. L’ Homo erectus, que va viure fa 300.000 anys i del qual es tenen molts cranis però pocs ossos, podria ser un dels primers candidats a ser estudiat amb aquesta tècnica, que permetrà veure el passat amb ulls nous.

La contenció de l’Ebola

El brot d’Ebola que fa gairebé un any i mig que castiga el nord-est de la República Democràtica del Congo ha causat la mort de més de 2.000 persones. Aquest virus, que provoca una febre hemorràgica amb fama de letal i incurable, està envoltat d’una aura de terror. El 2019, però, s’han produït dos avenços que poden capgirar la situació. En primer lloc, a l’agost es va trobar un tractament basat en anticossos que va curar el 90% dels pacients tractats, una troballa hauria de facilitar la lluita contra l’epidèmia actual del Congo, així com la contenció de futurs brots.

A banda d’això, l’11 de novembre l’Agència Europea dels Medicaments va aprovar la primera vacuna contra l’Ebola. Anomenada Ervebo, la vacuna es va patentar el 2003 i la crisi del Congo va fer que se n’administressin 250.000 dosis abans i tot de ser validada oficialment. Fins ara ha tingut un abast irregular, en part per la falta d’una estratègia coordinada. A més, l’Ervebo només protegeix contra una de les cinc varietats del virus. Tot i això, es comença a veure la manera de prevenir i contenir els brots d’aquesta malaltia terrible. Caldrà, això sí, més recerca i més coordinació sanitària.

Què podem esperar de la ciència el 2020?

Alguns dels resultats científics aconseguits aquest any impulsaran troballes interessants en els mateixos camps. El cas de l’ordinador quàntic de Google és potser el més clar de tots, sobretot perquè en les anomenades tecnologies quàntiques hi ha molts interessos privats. IBM, Microsoft i Intel estan esmolant els seus laboratoris quàntics per superar el de Google i seria probable que el 2020 hi hagués algun anunci en aquest sentit.

La millora en la precisió de les tècniques d’edició genètica fa que cada vegada sigui més necessari un consens global sobre el seu ús. El naixement de les bessones xineses editades genèticament fa un any i la publicació fa poc de l’article que descrivia la modificació que els va practicar el científic He Jiankui, que demostra una falta notable de rigor ètic i científic, fan témer que es puguin produir casos semblants. L’estiu passat l’investigador rus Denis Rebrikov va anunciar que pretenia modificar embrions amb el mateix objectiu que He. Tot i que se n’ha desdit fa dos mesos, caldrà parar atenció a aquesta possibilitat, viable tècnicament en la majoria de laboratoris del món.

L’Àrtic és l’ecosistema que està experimentant un canvi de clima més accelerat. La temperatura hi ha pujat el doble que a la resta del planeta. Com que en aquesta regió tenen lloc una sèrie de processos que governen els corrents oceànics, que en última instància són responsables de la distribució de climes al planeta, estudiar l’Àrtic és un objectiu científic prioritari. Aquest any ha començat la missió més ambiciosa empresa fins ara per estudiar la resposta d’aquest territori a l’emergència climàtica actual. L’expedició MOSAIC ha dirigit un vaixell trencaglaç alemany, el Polastern, al gel de l’Àrtic perquè l’estudiï al llarg d’un any. Els resultats d’aquest projecte permetran avaluar els efectes futurs de la crisi climàtica, entre els quals hi ha la possibilitat cada dia més pròxima que l’Àrtic es quedi sense gel.

L’anàlisi de l’ADN fòssil ha propiciat en els últims anys una revolució en l’estudi de l’evolució humana. Les tècniques actuals, però, no permeten estudiar mostres més antigues de 400.000 anys. El desenvolupament d’una nova tècnica basada en l’anàlisi de proteïnes presents en les restes fòssils, anomenada paleoproteòmica, permetrà analitzar ossos més antics i construir per fi un arbre evolutiu del llinatge humà a partir de l’anàlisi molecular (l’arbre actual, quan es remunta més enllà dels 400.000 anys, està fet a partir de la comparació de restes òssies). És probable que el 2020 es vegin resultats en l’anàlisi d’espècies com l’ Homo ergaster, l’ Homo erectus o el polèmic Homo antecessor i que es comenci a desentrellar amb més claredat que mai l’origen de la nostra espècie.

Blogs de ciència

this_image_alt

Despedida