22 nov. 2016

Per què volen els avions?

Al Cafè Científic de la Casa Orlandai, dimecres 16 de novembre va venir Josep Losantos, pilot comercial d'avió i enginyer tècnic industrial per parlar sobre per què volen els avions?

Molts de nosaltres ens hem preguntat com és que poden volar, en pujar-hi. Què fa que un aparell carregat de persones sigui capaç de mantenir-se enlairat? Com ha d’estar dissenyat per aprofitar els fluxos d’aire? Quina és la força de l’aire? Com assoleixen la velocitat necessària? Quines formes de volar tenen els avions?

Les forces
En Josep comença dient-nos que perquè volen, ben bé, no se sap, de la mateixa manera que no sabem perqué hi ha la força de la gravetat. Si se sap què succeeix quan un avió vola i com s'aconsegueix que un avió voli. Comença per explicar-nos que el vol d'un avió es regeix per quatre forces.

Els avions són moguts per quatre forces. En primer lloc, hi ha el pes del propi aparell, provocat per la força de la gravetat, que és la mateixa a terra que quan està enlairat. A mida que vola, un avió a l'aire pesa menys, perquè va gastant combustible. Una altra força és la resistència del vent.

La tercera força és la tracció, que venç la resistència i s'acaba igualant a ella. I finalment, la sustentació és la força que els fa mantenir a l'aire. Els motors produeixen la tracció, i les ales generan la sustentació i equilibren el pes. La tracció, i no la sustentació, es qui fa pujar l’avió.

La sustentació: el principi de Bernouilli
Fa més de dos segles i mig, Daniel Bernouilli va postular, en el seu llibre Hydrodinamica, publicat el 1738, que quan augmenta la velocitat d'un fluïd (líquid o gas) no viscós, baixa la seva pressió.

El perfil de les ales dels avions s'ha dissenyat aprofitant el principi de Bernouilli. Com la superfície de dalt de l'ala és curvada, fà el mateix efecte que si reduïssim la secció de pas de un tub, i l’aire augmenta la seva velocitat quan la recorre, amb la qual cosa baixa la pressió. La diferència de pressió entre les dues cares, multiplicada per la superfície de l’ala, es la força cap amunt –sustentació– que equilibra el pes de l’avió.

Una altre part de la sustentació es genera per la acció-reacció. En donar una certa inclinació a l’ala respecte a l’aire –el que anomenem “angle d’atac”– desviem l'aire cap a baix. La reacció de l’aire en ser desviat també genera sustentació.

En Josep ens ho mostra amb un túnel de vent que va construir amb un motor i peces de metacrilat. Una ala plana solament genera sustentació si li donem angle d’atac. Una ala feta amb una lámina curvada ja genera sustentació sense angle d’atac. Una ala moderna amb la cara superior curvada i la part inferior plana, genera més sustentació que les dues anteriors.

A la foto: Charles Lindbergh al Québec, 1928

Els flaps son superfícies retráctils que augmenten la superfície de l'ala i la curvatura del perfil, i permeten volar a baixes velocitats, adients per enlairar-se i aterrar.

Quan anem en cotxe i traiem el braç per la finestra (ull viu, que és prohibit perquè pot ser perillós), ens adonem de la força del vent. I, si inclinem la mà en un angle de 45º, per exemple, el nostre braç pujarà. És l'efecte contrari dels alerons dels cotxes de carreres, ja que són com ales d'avió invertides per acostar el cotxe a terra.

L'enlairament és una conseqüència d'aquesta mateixa força. Quan l’avió ja té prou velocitat, aixequem el morro augmentant l'angle d'atac, i ja generem prou sustentació per compensar el pes de l’avió. I, en agafar velocitat, encara més, ja que la sustentació és proporcional al quadrat de la velocitat. Per això, un cop agafem velocitat, ja podem plegar els flaps. De fet, els dies de vent cal lligar les avionetes més petites, perquè no s'enlairin.

La superfície de les ales d'un Airbus 380 és de 845 m2. Les ales es dissenyen segons la mesura i el pes de l'avió. Qualsevol avió pot planejar si té prou alçada, i, cas que s'espatllessin els motors, pot volar fins a aterrar; com va passar l'any 2009, que un avió va aterrar de manera forçosa al riu Hudson, salvant el passatge i la tripulació, com es relata a la pel·lícula Sully.

Aprofitar condicions
En aviació, no hi ha res barat. Els materials han de ser molt lleugers per augmentar-ne l'eficiència. Com menys pesi un aparell, menys combustible necessitarà per a volar i més càrrega podrà dur.

Els avions volan tan alt, a deu mil metres d'altitud i a -50ºC, perque allà la densitat de l’aire es molt més baixa que a nivell del mar, i per tant baixa la resistència de l'aire i poden arribar a 850 km/h.
Prop del nivell del mar, la densitat de l'aire es més alta, i fa que la resisténcia sigui més gran i la quantitat de combustible necessari, molt superior.

Al Perú, on la pressió de l'aire és més baixa, un avió gran no es pot enlairar ple, perquè l'aire no el sustentaria. També cal tenir en compte que una temperatura baixa afavoreix la sustentació, perquè la densitat de l'aire és inversament proporcional a la temperatura. Així, un avió que necessita recórrer 300 m per enlairar-se a l'hivern, a l'estiu pot necessitar 400 m.

La tracció: els motors
La tracció s'aconsegueix amb la força de les hèlixs o dels motors a reacció. Les hèlix han anat evolucionant, des de les primeres, que eren planes, fins a tenir uns sofisticats perfils s'aspecte guerxo, que manten l’angle d’atac constant al llarg de tota la pala. També ha evolucionat el nombre de pales, les hèlixs modernes tenen de sis a vuit pales, mentre que les primeres en tenien dues.

Els motors a reacció es basen en el mateix principi que provoca la fugida endavant d'un globus inflat i no lligat: l’acció de l’aire al escapar-se per la part de darrera del motor tira endavant l'aparell. Com més pesa un avió, més potent ha de ser el seu motor, ja que també necessitarà més velocitat per a enlairar-se.

L'estabilització
Per aconseguir l'estabilització de l'aparell hi ha dos estabilitzadors, el vertical (3), on s'incorpora el timó de direcció (4), i l'horitzontal (2), on s'incorpora el timó de profunditat (1).

Enlairament i aterratge
L'enlairament és relativament fàcil, donar gas, agafar velocitat, i quan arriba el moment, pujar el morro de l’avió. Aterrar és molt més difícil. Cal encertar la velocitat, el lloc, la distància entre l'avió i el terra... Sempre s'enlaira i s'aterra contra del vent, atès que se suma la velocitat del vent a la del avió. Al enlairar-nos, eñ vent de cara se suma a la nostre velocitat, i necessitem menys pista. Al aterrar, el vent de cara fa que la velocitat relativa el terra sigui mes baixa, i ens costi menys frenar.

Mai no s'ha d'aterrar amb vent de cua. Com que el vent pot venir de qualsevol direcció, es habitual tenir una certa component de vent és de costat, que si es molt forta, pot impossibilitar l’aterratge. Aterrar amb vent de costat es la maniobra més difícil de realitzar, ja que ens hem d’aproximar a la pista amb l’avió “de canto”, i alinear-lo a l’ultim moment abans de tocar terra.

Les pistes dels aeroports són dissenyades segons els vents dominants a les zones. El número de la pista es la direcció magnética de la mateixa, arrodonida a la desena més propera. L’aeroport de Barcelona té tres pistes d'aterratge, dues paral·eles, per augmentar la freqüència de les operacions, i una de transversal. Les dues pistes paral·leles són emprades de dia, una per enlairar-se i l'altra per aterrar, i la pista transversal es fa servir de nit.

Si un aterratge no ha de sortir bé, el pilot decideix enlairar-se abans de tocar terra. Diuen els experts, que si un pilot no aconsegueix aterrar la segona vegada s'adreci directament a l'aeroport alternatiu sense intentar-ho per tercera vegada.

Formes de volar
Hi ha dues formes de volar, la visual, en què el pilot va decidint segons el que veu; o la instrumental, que es guia per radiofars. En vol instrumental, el pilot sols mira els instruments. El mes important es l’horitzó artificial, que li indica la actitud de l’avio (posició de morro e inclinació lateral). Dins un núvol, quan no es veu res, es la única manera de saber com estem.

Hi ha altres instruments que permeten saber a on som, com per exemple el HSI (Horizontal Situation Indicator), el VOR (VHF Omnidirectional Range) o el DME (Distance Measurement Equimpent). Per aterrar sense visibilitat, s’utilitza el ILS (Instrumental Landing System), que ens diu si estem alineats amb la pista i si estem seguin la “senda de planeo” adequadament, sense anar mes alts ni mes baixos del que toca.

Precaucions
Hi ha molts mecanismes de seguretat en els avions. En primer lloc, els vols es planifiquen a consciència: la ruta, el combustible necessari (més un tant per cent per si no es pot aterrar en el lloc previst), el tipus de vol...

Es fan moltes llistes de comprovació (checklists), que atenen a diferents aspectes del vol i supervisen més d'una persona.

En volar, els avions generen moltes turbulències, de manera que cal que hi hagi uns minuts entre el pas d'un avió i un altre. Això és especialment important per a les avionetes, que tenen menys massa i es poden veure més afectades.

Els avions eviten els cumulonimbus, que són els núvols de tempesta. Generen moltes turbulències i raigs. Es calcula que cada avió rep uns vint llamps en la seva vida; més o menys un llamp cada any. Quan els avions eren metàl·lics, eren gàbies de Faraday, de manera que els llamps no els afectaven. Ara, que són de fibra, els posen una malla de metall per a que absorbeixin l'electricitat del raig.

El concorde
L'accident del Concorde va ser perquè va trepitjar una peça que havia perdut un avió anterior, la peça va rebotar amb força i va rebentar un pneumàtic, i les restes del pnuemàtic i la peça van rebentar al seu torn els tancs de combustible, i es va calar foc a l'avió.

El concorde, i altre avions, superen la velocitat del so, que varia segons el medi que travessen les ones. L'entrenament de pilots de proves que superen el mach és fort, va ser tractat en la pel·lícula Elegidos para la gloria ("The right stuff", que es podria traduir per "el que cal tenir").

Josep, i tu, com et vas fer pilot?
Jo de petit volia ser astronauta. Però als set anys van trobar-me una miopia i, en dur ulleres, ja sabia que no ho podria ser, perquè els astronautes, abans, havien de ser prèviament pilots d'avió. Molts es feien militars, i aprenien a pilotar a costa de l'exèrcit; per això ara els pilots militars signen un contracte per quinze anys. Actualment, els pilots comercials es formen en escoles de vol que son empreses privades.

En el meu cas, de petit ja feia aeromodelisme i en sabia molt, d'avions. Em vaig fer enginyer tècnic i encara treballo d'això. Sempre que volava intentava entrar a les cabines dels pilots, i ho aconseguia en alguns moments. Després de l'onze de setembre de 2001, ja no és permès.

Als 37 anys em vaig operar de la miopía, i en veure’m sense ulleres vaig pensar, i per què no? Potser astronauta, no, però pilot, si. Em vaig vendre la casa on vivia i em vaig treure el carnet per a pilotar avions comercials. Ens va confessar que costa 60.000€. I va esdevenir pilot. Les condicions laborals, però, el mantenen en l'enginyeria.

Fotos: wikimedia commons

24 oct. 2016

La conquesta de l'espai

Dimecres, 19 d'octubre va venir Carme Jordi Nebot, física, professora de la Universitat de Barcelona (ICCUB-IEEC) per parlar sobre la conquesta de l’espai. Vam centrar la xerrada entorn les següents qüestions: volar més enllà de l’estratosfera és possible, com ho va somniar la ciència ficció. Quina necessitat hi ha d'observar des de l'espai? Què es pot fer i què no es pot fer des de la Terra? Quins són els projectes més rellevants? Com se gesta un projecte espacial? Quins són els avantatges i els desavantatges dels vols tripulats?

El programa Gaia
Carme forma part de l'equip del projecte Gaia, del que vam parlar fa un parell d'anys amb Jordi Torra. Carme ens recorda que la missió Gaia enregistra el moviment i la distància de mil milions d'estels de la Via Làctia més propera. De fet, només un 1% de la galàxia.

Arriben a terra 500 millions de fotografies diàries. Amb tanta informació, com saber que s'observa la mateixa estrella? Doncs per patrons en la disposició relativa amb altres estrelles. Cal tenir en compte que hi pot haver interferències i que, per això, alguna informació haurà de ser rebutjada.

La precisió de Gaia és molt elevada. Triangulant la mateixa estrella des de dues posicions d'observació, per efecte de la paral·laxi, es podrà calcular una distància equivalent a la dels ulls d'un astronauta situat a la superfície de la Lluna, vist des de la Terra. És com 10-9°(milionèsimes de grau d'angle). Mai no s'ha treballat amb tanta precisió.

A banda de conèixer el nostre entorn més proper, es podrà conèixer més sobre la nostra galàxia. Si en l'estudi de les estrelles es detecten zones amb estels de la mateixa edat, es podrà conèixer la història i la formació de la Via Làctia; si es va formar per zones, si va engolir altres galàxies, com està repartida la matèria fosca...

La necessitat d'anar més enllà de l'atmosfera
Projectes com Gaia i altres fan arribar telescopis o eines que permetin l'observació espacial sense ser pendents de les limitacions de l'atmosfera amb filtres de llum que distorsionen les imatges. Ara bé, un dels inconvenients de l'observació des de l'espai, és que l'aparell serà inaccessible; per tant, si s'espatlla alguna maquinària o procés, difícilment es podrà arreglar. També cal adonar-se que, donat els anys que triga un projecte en dur-se a terme, entre la proposta, preparació, realització i estudi de resultats, la tecnologia ha avançat tant que es tornaria a fer amb instruments molt més precisos.

Més enllà de l'atmosfera s'han enviat telescopis per observar el nostre entorn, com el Hubble, que observa des de 593 km de la Terra en l'espectre visual, o el James Watt (en preparació), que observarà en l'infraroig i podrà detectar la pols estel·lar; la sonda Rosetta, que va estudiar el cometa 67P/Txuriúmov-Herassimenko...

Gaia es troba situada en el punt de Lagrange (a un milió i mig de quilòmetres de distància de la Terra), protegida de la radiació i del vent solar. Gaia és el projecte que enviarà més informació i amb més precisió dels ginys fins ara posats en òrbita, amb molta diferència. Està previst l'expedició duri cinc anys, però un cop acabada la missió, l'estudi de les dades pot durar dècades.

Les coordinades astronòmiques
En les situacions més senzilles les mesures estel·lars se situen segons l'equador celeste, que té com a origen el Punt d'Àries i està desplaçat 23° respecte de l'eclíptica, ja que és perpendicular a l'eix de rotació de la Terra. I, com la Terra no gira sempre a la mateixa velocitat, la quarta coordinada és pren del Servei Internacional de Rotació de la Terra, que dóna el temps coordinat.

Terratrèmols, erupcions volcàniques fan que la Terra canviï el temps de rotació. I la pèrdua d'energia pel mateix fregament entre el nucli metàl·lic de la Terra i el mantell semi-sòlid tendeix a frenar la velocitat de rotació. Aquestes variacions són irregulars i impredictibles, però si no s'ajustessin, els nostres rellotges deixarien de reflectir el temps astronòmic.

La Lluna estabilitza la rotació de la Terra. Però, al seu torn, s'allunya gairebé quatre centímetres per any. La distància a què és ara, és divuit vegades superior a la distància de quan es va formar, fa 4.500 milions d'anys. Aquest fet contribueix també que els dies siguin cada cop més llargs. Per tot plegat, s'allarguen una mitjana de dos mil·lisegons per segle.

Afegir un dia cada quatre anys és una forma d'ajustar l'estacionalitat a la translació de la Terra, que deixaria de coincidir amb el viatge entorn el Sol. Afegir un segon cada alguns mesos, corregeix el desfasament horari. El darrer minut del trenta de juny de 2015 va tenir seixanta-un segons, com tindrà el darrer del 31 de desembre de 2016. La impredictibilitat de les variacions en la rotació no permeten d'avisar amb més de sis mesos d'antelació.

Com es gesta una missió espacial
En primer lloc, un científic té una idea d'estudi. Aleshores cal que es dissenyi un aparell per a trobar la resposta; cal que treballin científics amb enginyers i agents de la indústria, per tal de proposar la fabricació del giny. Un cop es té elaborat el projecte, es presenta a les convocatòries professionals de projectes competitius astronàutics. Si finalment el finançament és concedit, comença el desenvolupament del projecte que, en total, haurà durat entre quinze i vint anys, i haurà involucrat centenars de persones.

El cost de Gaia, per a l'Agència Espacial Europea, sense comptar l'explotació científica, és d'uns 650 milions d'euros. Personalment, a cada ciutadà dels països membre de la ESA ens haurà costat una mica més d'un euro. Irrisori en comparació amb la construcció d'un pont, d'una autopista, d'un ferrocarril, d'un aeroport...

Dedicar diners a augmentar el coneixement s'ha de considerar una inversió, per cada euro invertit acaba revertint un euro i mig a la societat en tecnologia que es farà servir en altres camps. I, en últim terme, contribueix al saber de la humanitat. Des de l'inici de la nostra espècie hem volgut saber qui som, d'on venim, on anem... la ciència bàsica ens dóna aquestes respostes.

Carme, quan vas decidir de fer-te astrofísica?
Des de petita, als estius, em van ensenyar a reconèixer les estrelles. Potser va deixar un cuquet. Després no sabia si estudiar física o matemàtiques, i em vaig decidir per la física. Tot i que treballava com a informàtica dissenyant sistemes, tenia molts companys aficionats a l'astronomia. Finalment, vaig fer del meu hobbie la meva feina. Vaig aconseguir una plaça a la Universitat de Barcelona on encara hi treballo.

Imatges: projecte Gaia i Wikimedia Commons

Més informació
Robots exploradors: el projecte Gaia (13/04/2014)
El projecte Gaia (ICCUB)
Setze científiques catalanes (exposició).

24 sept. 2016

Les fantàstiques migracions dels ocells

Hem encetat el curs de cafès científics a la Casa Orlandai. Aquesta tardor els dedicarem a aprendre sobre diferents qüestions relacionades amb la possibilitat de volar. Parlarem sobre el vol dels ocells, el vol dels humans gràcies a la tecnologia. I, finalment, clourem el trimestre volant des del sofà, amb fàrmacs.

Dimecres 21 de setembre, amb l'ornitòleg Sergi Sales vam parlar sobre les fantàstiques migracions dels ocells. Sergi va arribar a l'ornitologia des de l'enginyeria agrònoma, des de les tècniques de l'alimentació va poder dedicar-se professionalment al seu hobby, especialment als ocells de secà.

Però abans, ja que parlàvem d'ocells i que teníem entre nosaltres al zoòleg Josep Melero, del Mapa Barcelona+Sostenible, ens va comentar que properament hi haurà dues rutes ornitològiques organitzades per l'ICO, per a mapar alguna de les cent espècies que nien a Barcelona: Una per la façana litoral (el 8 d'octubre a les 9:00h) i una altra per Collserola (el 22 d'octubre a les 9:00h). Gratuïtes. Inscripcions, aquí.

Els vol ocells
Tornant al cafè, recordem les preguntes que volen emmarcar la tertúlia. Els ocells estan especialment dotats per volar i gairebé tots ho fan. Alguns volen distàncies curtes, altres passen la vida volant en trajectòries espectaculars. Per on passen? Com es detecten les rutes migratòries? Tots els ocells volen igual, en què es distingeixen els tipus de vol?

Els ocells són animals fets per volar. Pesen una tercera part del que pesa un mamífer de les seves característiques. Sergi ens mostra una costella de dofí, compacta, pesant, i un ós de voltor, porós, lleuger. Els ocells perden tots els òrgans que poden per a pesar menys, els ha dut l'evolució. No tenen dents. Els òrgans sexuals no apareixen només que en el moment de fer-los servir; durant la resta de l'any tenen el penis amagat dins el cos. Ara, arribat el moment, multiplica per dos-cents la seva mesura.

Abans de la migració els ocells petits doblen o tripliquen el seu pes. I de pressa. Necessiten molta energia per creuar deserts, oceans, serralades... però també han d'escapar dels depredadors amb uns grams de més que els dificulten l'escapada. Han de trobar el compromís. Ocells menuts multipliquen el pes per a tenir uns dos-cents quilòmetres d'autonomia de vol.

Les rutes migratòries
La península Ibèrica està en la principal ruta migratòria d'Europa occidental. Per volar, els planejadors, de gran envergadura, aprofiten els corrents ascendents d'aire que s'han format en petits llocs que s'escalfen més de la terra. Com aquest fenomen no és dóna en grans superfícies d'aigua, els ocells han de volar sobre terra. Però també eviten el mar molts altres ocells.

Això fa que els ocells que van fins a Escandinàvia i Alemanya passin per Gibraltar. La ruta migratòria oriental passa per Israel i el Bòsfor, que fa d'embut als ocells que es distribueixen per tota Sibèria. També s'ha vist que eviten el desert, el circumden per Egipte o per la costa del Marroc; sobrevolar una zona tan enorme i tan càlida pot ser letal, especialment si s'assequen els oasis. Les rutes, per tant han de ser flexibles. La grua (Grus grus), que s'aturava a Gallocanta; ara, arriba fins al sud de França d'una tirada per trobar aigua.

Les migracions
Els anàtids i els ocells que migren en formació, l'ocell líder és el que se situa en el vèrtex. Com és molt cansat, el supleixen en determinats moments. Els ocells més petits migren de nit, és una forma d'esquivar els depredadors i de no escalfar massa el cos amb l'energia que causa el vol. Així, de dia poden aprofitar per menjar i recuperar forces per seguir.

Quan dormen? Doncs tenen una forma diferent de nosaltres per a dormir. Com els dofins, descansa mitja part del cervell, de manera que poden seguir volant amb una mena d'automatisme. Per això també poden dormir dretes, fins-i-tot sobre una pota, com els flamencs (Phoenicopterus roseus).

Com se sincronitza el moviment dels grups? Els estols d'estornells (Sturnus vulgaris) poden volar de forma tan sincronitzada per l'efecte flash de l'iridescència de les ales. Responen immediatament al canvi. També fan efecte flash les taques blanques a les ales d'algunes espècies.

Com s'orienten, en les migracions? En ocells dins planetaris, com ara el tallarol de casquet (Sylvia atricapilla) s'ha vist que s'orienta per estels. Altres ocells s'orienten pel camp magnètic terrestre. En altres ocells migradors s'ha observat que el primer més de vida recorren 100 km diaris per a reconèixer l'entorn: on hi ha aigua, o hi ha vegetació, on hi ha el niu de l'esparver que pot fer mal... mesos més tard, tornaran al mateix niu, si encara existeix, o a la zona.

L'ocell que abans arriba al destí tindrà més èxit reproductor: podrà triar el millor indret per niar, tant de refugi com de nutrients (i d'aigua), abans tindrà preparat el niu... Però, per migrar, cal també trobar el millor moment meteorològic pel que fa a pluges o vents. Els ocells que no troben el moment adequat en qualsevol dels aspectes, senzillament no sobreviuen.

Migracions de llarga distància
La llarga distància comporta recórrer més de deu mil quilòmetres, des del nord de l'hemisferi Nord, fins al sud de l'hemisferi Sud. Exemples en són el tètol cuabarrat (Limosa lapponica), que viatja des d'Alaska fins a Nova Zelanda, o el xatrac àrtic (Sterna paradisaea), que cria a Grenlàndia i hiverna a l'Antàrtida. S'ha vist que no vola en línia recta, sinó fent un vuit seguint els corrents atmosfèrics.
Imatge:Tracking of Arctic terns Sterna paradisaea reveals longest animal migration

Migracions de mitja distància
Migracions de distància mitja són les transsaharianes, en les que els ocells migren de zones temperades de l'hemisferi nord a zones temperades de l'hemisferi sud, recorrent uns cinc mil quilòmetres en cada un dels dos viatges que fan cada any.

Exemples en són l'àguila calçada (Aquila pennata), que viatja des de la regió meridional de la península Ibèrica fins al sud del Sàhara, entre Guinea i Nigèria. I la cigonya blanca (Ciconia ciconia), que pot anar des del nord de la península Ibèrica fins al Senegal. Algunes cigonyes, però, han deixat de migrar, troben menjar als abocadors a cel obert. No han perdut l'instint, però. Els juvenils, migren. A mesura que es fan grans, aprenen a localitzar menjar i s'estalvien el cost de volar

També han marxat les orenetes (Hirundo rustica), moltes fins a Nigèria, on hi ha un dormidor de més de cinc milions d'exemplars. Els falciots (Apus apus) i els ballesters (Apus melba), amb la seva panxa blanca. Com a anècdota, la major colònia de ballesters és al Nou Camp. Com és una espècie protegida, cal observar què passarà en la voluntat de renovar l'estadi.

Migracions de curta distància
Les rutes de curta distància, les fan ocells que passen l'estiu ric d'aliment al nord d'Europa, i busquen un hivern més benèvol al sud del continent. Recorren, en cada viatge, entre dos mil i tres mil quilòmetres. Alguns arriben fins a Àfrica, però no solen travessar el Sàhara.

Migracions curtes fan el tallarol de casquet (Sylvia atricapilla), que pot arribar fins al Magreb; i el mosquiter comú (Phylloscopus collybita), que viatja des d'Escandinàvia fins a la regió septentrional de la península Ibèrica. Tornaran al març, seguint la ruta de la oliva.

El pit-roig (Erithacus rubecula) presenta diversos patrons. A Collserola s'ha vist que n'hi ha que migren cap al Magreb, empesos pels exemplars més corpulents que venen d'Escandinàvia o de l'oest de Rússia, i que els prenen el menjar.

Un altre tipus de migració curta és l'altitudinal. És quan els ocells es desplacen des de les altes muntanyes fins a valls o muntanyes de menor alçada en èpoques dures. Exemples en són el pardal de bardissa (Prunella modularis) i el pela-roques (Tichodroma muraria), que migren entre el Pirineu i el Pre-pirineu.


Els ocells residents
Ni totes les espècies són migradores, ni tots els individus migren. El rossinyol bord (Cettia cetti), mostra un marcat dimorfisme sexual, el mascle és tres vegades més gran que la femella; i només es formen parelles circumstancials per reproduir-se. En èpoques d'escassesa els mascles empenyen les femelles a migrar, encara que siguin distàncies curtes, per buscar aliment.

Enric Capdevila, expert ornitòleg vocacional, ens explica que ha fet un cens d'ocells de Sarrià, diürns i nocturns. Amb la seva participació, i la de molts altres voluntaris aimants dels ocells, s'ha elaborat un Atles d'ocells nidificants. Conèixer la fauna ornitològica és mirar la ciutat amb altres ulls.

Enric ens explica que cada cop hi ha menys ocells, potser perquè s'han tapat forats de parets mitjanceres o de ventilació i es construeixen edificis de vidre, cada cop troben menys llocs per poder fer el niu. També que es veuen més ocells de muntanya que s'acosten a la ciutat. I que, tant als ocells com a altres animals, l'existència de corredors verds urbans els facilitaria la trobada i minvaria el risc d'endogàmia en illes fragmentades.

Els entrebancs
Els ocells volen entre els 200 i 300 metres d'alçada per no xocar amb els arbres. Un problema greu per a ells són els edificis alts i de vidre. No només no ajuden a la nidificació, sinó que especialment quan hi ha llum dins, els ocells no veuen els vidres i es desnuquen. Si no moren de l'impacte, moren en caure a terra inconscients. En època de migració, sota les torres bessones a Nova York calia escombrar molts ocells caiguts durant la nit. Com a Barcelona, sota les torres de l'Hospitalet de Llobregat (Reàlia...). 

Els molins de vent que tenien fama que els grans ocells xocaven amb ells, en realitat, si l'estudi d'implantació del parc eòlic era ben fet, no tenia gran repercussió en voltors i àguiles. De fet, algunes planejadores hi havien fet nius. Si causaven mortalitat de rats penats i migradors petits. Ara, amb la crisi, no se'n fan d'estudis previs a la implantació de parcs eòlics.

En realitat, el factor que més mortalitat causa en els ocells a les ciutats són els gats assilvestrats: maten més que la resta de depredadors junts. Maten els ocells tan sols per caçar, moltes vegades no els mengen. En algunes illes, l'entrada de gats forans ha comportat l'extinció d'ocells. L'envergadura del problema ha fet planejar la prohibició de gats a Nova Zelanda, per a protegir l'elevada diversitat d'ocells endèmics no acostumats als gats.

Justament per a evitar la pressió d'humans i els animals que hi van associats, es nota un increment d'ocells prop de carreteres i autopistes, i en àrees de servei, especialment de mesura petita. En elles hi troben menjar abandonat i una protecció per l'aïllament de l'àrea. Concretament s'ha vist un increment de cotxes fumades. (Phoenicurus ochruros).

Per què migrar?
Els ocells migren tot cercant aliment. El falcó pelegrí (Falco peregrinus) migra rere ocells de mesura mitjana. Els estornells (Sturnus vulgaris), rere els insectes. Els xoriguers (Falco tinnunculus) rere les llagostes.

Les fruites de tardor, cireres d'arboç, móres, nabius, gerds, aranyons... ajuden als frugívors i als que arriben a la tardor. Alguns exemplars deixen el vol per alimentar-se. I fan un tros del camí d'arbust en arbust, sense perdre la trajectòria migratòria.

La reproducció
Els ocells que passen aquí l'estiu, habitualment procreen en primavera. Quan és el moment de marxar, els polls han crescut i tenen prou mesura per fer la ruta. Les femelles, però, regulen la posta segons l'aliment. Enguany, però, l'estiu ha estat molt sec, de manera que la manca d'aliment ha fet minvar la posta, o fins i tot, alguns ocells de les planes de Lleida no han ni desplegat la parada nupcial. Els que han fet una posta amb les darreres pluges d'agost, però potser els polls no són prou forts per migrar. I tampoc no hi haurà els fruits propis de la tardor.

El falcó de la reina (Falco eleonorae), comú en penya-segats de les Balears, han desplaçat la reproducció. S'han adaptat al canvi de temporada de migració (pel canvi climàtic) de les petites aus que hivernen a Àfrica i que són la seva presa.

La fidelitat en les aus s'associa als anys de supervivència. El 70% de les aus només viuen un any, i són els que ponen més ous. Els pardals (Passer domesticus) aquí poden viure entre nou i onze anys. Ocells més grans, com el cigne (Cygnus cygnus) o la cigonya (Ciconia ciconia), ponen un ou o dos i els cuiden per garantir la supervivència. Segueixen l'estratègia de la K.

Formes de viure
El cucut (Cuculus canorus) és un ocell migrador, que canta de nit. I és paràsit. El primer en arribar es podrà aparellar amb una femella també intrèpida que triarà el millor niu, de cargolet (Troglodytes troglodytes) o de pit-roig (Erithacus rubecula), per exemple. Mentre encara els pares adoptius, ignorants de l'engany) coven els ous, la femella passarà per prop perquè l'embrió es desenvolupi sentint el cant propi. I, quan sigui el moment de migrar, reconeixerà el cant de la mare i migraran junts.

El cucut no és l'únic ocell paràsit d'ocells. S'ha vist que algunes femelles d'ànec coll-verd (Anas platyrhynchos) ponen els ous en nius d'altres individus de la mateixa espècie. També ho poden fer les mallerengues. Estudis genètics han mostrat què el material genètic no coincideix ni amb el del pare (infidelitat), ni amb el de la mare (parasitisme).

L'ocell parasitat intenta distingir els ous del paràsit, mentre que el paràsit intenta que els seus ous no es distingeixin dels del parasitat. I, els criadors d'ocells aprofiten aquest fenomen; saben que la millor mare nodrissa de la cadernera (Carduelis carduelis) és l'oreneta (Hirundo rustica).

El seguiment dels ocells
Per a distingir els individus, els ocells s'anellen. Però és difícil de recuperar la informació, només succeeix en un cas de cada mil. I, quan es troba una anella, només es coneix el lloc on l'ocell va ser anellat i on es va trobar l'anella. Dos punts. Una recta. Cosa que pot no reflectir en absolut el recorregut que ha fet l'ocell. Però encara proporciona informació.

Amb emissors (captats per satèl·lit), xips i drons, es pot seguir amb sistemes més moderns el desplaçament dels ocells. S'ha vist, per exemple, la trajectòria del xatrac àrtic en forma de vuit sobre els oceans, abans mencionada; al llarg de la seva vida podrien anar i tornar de la Lluna tres vegades. Aquests ginys incrementen el pes de l'ocell, per això només es poden implantar a ocells de l'envergadura mínima d'un colom.

Moonwatching és una altra forma d'estudiar els ocells, mitjançant la qual s'estudien migracions d'ocells que es veuen passar a través de la llum d'un telescopi enfocat a la Lluna plena.

Casos curiosos
El tallarol de casquet (Sylvia atricapilla) ha desplaçat les rutes migratòries. Atès que hi ha moltes persones al Regne Unit que posen menjadores, a l'hivern, alguns exemplars que passen l'estiu a Escandinàvia, es desplacen a l'oest, a hivernar.

Quan cal creuar els Alps, en la migració del sud d'Europa a Suïssa, en condicions de vent desfavorable s'ha vist que alguns ocells travessen caminant! Hi ha documentat aquest fenomen en grups d'entre deu mil i quinze mil exemplars de fotges (Fulica atra) i de pardals (Passer domesticus). També s'ha vist que, en condicions atmosfèriques adverses, el gavot (Alca torda) pot completar la seva migració nedant.

Les mallerengues emplomallades (Parus cristatus), molt petites (pesen sis grams), poden no suportar individualment les nits fredes. Aleshores, s'apilonen per donar-se escalfor. Al mig se situa el mascle dominant, el més fort, el més sapient. Cal garantir la supervivència del grup.

Els ocells marins pelàgics crien a terra. L'ocell de tempesta (Hydrobates pelagicus), de plomatge fosc, solen acostar-se a terra de nit per evitar ser caçats pels gavians que els depreden. Van en compte les nits de lluna plena, en què són més evidents. Quan la il·luminació del passeig marítim d'algunes poblacions il·lumina també el cel, entren en conflictes.

Els rècords
L'ocell més viatger és el territ gros (Calidris canutus). Cria a l'àrtic canadenc i hiverna a Terra del Fuego. En exemplars anellats a l'Argentina el 1995, s'ha vist que viuen un mínim de divuit anys, l'equivalent a cent anys en els humans.

L'ocell que s'ha trobat que viatja més ràpid és el becadell gros (Gallinago media), aquàtic. S'ha trobat que pot viatjar sense aturar-se des de Suècia a l'Àfrica sudsahariana en dos dies, recorrent 6.760 km, el que dóna una velocitat de vol de 97 km/h mantinguda durant dos dies seguits sense aturar-se a menjar o dormir. La màxima alçada a que s'ha detectat un ocell són 9.000 m, l'oca índia (Anser indicus), per damunt dels Himàlaies.

L'ocell més vell que s'ha documentat és una femella d'albatros de Laysan (Phoebastia immutabalis), anomenada Wisdom, que ha arribat als seixanta-cinc anys, i encara cria! Altres ocells longeus són els gavians (Larus argentatus), que poden viure entre quaranta i quaranta-cinc anys, i les grues (Grus grus)de trenta a quaranta anys. Alguns xatracs viuen fins a 35 anys. Els ocells grans, com també el trencalòs (Gypaetus barbatus), triguen uns cinc anys en adquirir el plomatge definitiu i la maduresa sexual. Tenen, aleshores, comportaments migradors diferents que els adults.

Com et vas fer ornitòleg, Sergi?
En Sergi ens explica que acompanyava al seu avi a caçar, i que amb ell es va acostumar a la vida dura de l'observador de natura, que dorm al cotxe, menja quan pot... només que, com moltes altres persones (fins-i-tot presents a la sala), aviat es va conscienciar que la cacera és una forta pressió en els animals i una contaminació per plom, i va canviar l'escopeta per l'estudi.

Sergi participa en la Marató Ornitològica, en què centenars d'aficionats cerquen de veure, durant 24 hores, el màxim d'ocells. A Catalunya s'estima que hi ha entre 315 i 330 espècies d'ocells. L'equip de Sergi en veu unes 212. Aquest rècord l'aconsegueixen planificant bé la ruta passant pel lloc on s'han detectat les diverses espècies que es vol veure. Catalunya sempre guanya a la marató espanyola per la diversitat d'ecosistemes: muntanyes de diverses alçades, planes, costa... Reconeix, però, que la marató d'Israel és més gratificant.

Aquest cap de setmana hi ha la fira més important per als ornitòlegs de Catalunya, la Delta Birding Experience (article posterior). Ens explica també que al Regne Unit hi ha més observadors d'ocells que seguidors d'equips de futbol. A Espanya (i a Europa i el món en general), el turisme ornitològic està en expansió. De vegades, a Sergi li demanen de veure espècies exòtiques introduïdes a Catalunya!


Recursos
Ciència ciutadana: ocells de jardí (ICO).
Com reconèixer els ocells: fitxes.
Enciclopedia de las aves (SEO-FBBVA)
Com reconèixer el cant dels ocells (11/04/2014)
Canto pájaros (208 espècies)

Més informació a cosir i repuntejar
Els cicles en els sons de la natura CCCO amb Eloïsa Matheu (17/05/2013)
Més que rates i coloms CCCO amb Margarita Parés (20/05/2010)
Espais naturals a Collserola CCCO amb Francesc Llimona (23/09/2011)
Ocells i falsos amics (17/04/2012)
Les merles veïnes (30/06/2010)
Falciots i orenetes (10/08/2009)
Els rossinyols (21/04/2009)
Observar ocells (25/01/2009)

Més informació
Les tardors per Cristina Junyent a Nació Digital (24/09/2016)
Espècies exòtiques per Cristina Junyent a Nació Digital (10/09/2016)
Els ocells de ciutat per Cristina Junyent a Nació Digital (09/04/2016)
Mirar pájaros te da alas por Jacinto Antón EL PAÍS (25/09/2016)
Delta Birding Experience por Jacinto Antón EL PAÍS (23/09/2013)
Alosa, sonidos de la naturaleza

Imatges: Wikimedia Commons (excepte indicada)

17 jun. 2016

Les ones gravitatòries

Ahir dimecres 15 de juny, al Cafè Científic de la Casa Orlandai va venir Roberto Emparan, investigador ICREA al Departament de Física Fonamental (ICC-UB), per parlar d'ones gravitatòries. Abans de començar el felicitem perquè li ha estat atorgada una Advanced Grant de l'ERC (European Research Council). Amb aquesta beca, ens confessa, té cinc anys per a buscar una nova forma d'estudiar els forats negres sense preocupar-se pel finançament.

Una nova col·lisió
Roberto ens explica que ell estudia els forats negres i que, en el mateix moment en què nosaltres som al cafè científic, a San Diego, La col·laboració científica LIGO explica en una roda de premsa que s'ha detectat una nova col·lisió i fusió entre dos forats negres, semblant a la que es va detectar el setembre i es va fer pública el febrer.

En aquell moment, es va detectar la descomunal onada d'oscil·lació en la geometria de l'espai-temps provocada pel cataclisme que va generar la fusió de dos forats negres fa més de mil milions d'anys i que va ser detectada a la Terra el setembre. Aquella troballa va confirmar una predicció de Einstein, i va obrir la possibilitat d'explorar l'univers mitjançant ones gravitatòries, anàlogues al so, i no només amb la llum, com s'havia fet fins aleshores.

Aquest nou senyal que es va rebre el vint-i-sis de desembre als observatoris LIGO de Louisiana i Washington, va ser de nou la col·lisió i fusió de dos forats negres, en aquest cas de menor massa, i en ser rebut alhora pels dos, suggereix que la font deuria ser cap al nord o cap al sud, i no orientat cap a l'est o l'oest, com va succeir amb la recepció del setembre, cosa que indicava una certa orientació de la font. Per a millor precisió caldria que es detectés amb un tercer observatori. Però, anem a pams, què són les ones gravitatòries?

Les ones gravitatòries
En llançar una pedra a l'aigua es genera una oscil·lació i propagació de la vibració del fluid. Això és una ona. El so és també una ona provocada per la vibració en un fluid i la seva propagació. Una altra mena d'ones són les radiacions electromagnètiques, que tenen una composició mixta -partícula i càrrega-, entres les quals es troba la llum visible. Les vam veure en sentir Ramon Pascual parlant del sincrotró. Totes les ones generen vibracions que són detectades per les antenes adequades.

La força gravitatòria genera atracció de masses. Un esdeveniment suficientment fort pot fer vibrar les masses i propagar una alteració en el camp gravitatori. En aquest cas es generarien ones gravitatòries.

En les recents deteccions es va rebre la informació de la vibració i posterior col·lisió de dos sistemes massius. Les antenes que van detectar les ones gravitatòries eren interferòmetres proveïts de làsers.

En efecte, les antenes són anomenades LIGO (Light Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Els LIGO estan formats per dos braços, cada un de quatre quilòmetres de longitud, situats en angle recte, i amb el buit fet dins. Representen el major espai de buit a la Terra, tot i que no és un buit absolut.

Una llum de làser dins cada braç es reflecteix en uns miralls extraordinàriament polits, que mesuren les petites vibracions de la llum amb molta precisió: podrien mesurar la distància a l'estrella més propera amb un error com del gruix d'un cabell. O, com si afegint un litre d'aigua al mar volguéssim mesurar la pujada del nivell de l'oceà. És la llum que permet de mesurar amb aquesta precisió. Aquestes petites vibracions de la llum detectades al LIGO corresponen a les vibracions de l'espai-temps. I què és l'espaitemps?

La teoria de la relativitat
Einstein va mostrar que la força de la gravetat no existeix: no hi ha cap força que atregui masses com existeix atracció en un camp electromagnètic. Va atribuir l'atracció gravitatòria a una deformació de l'espaitemps, una nova concepció de l'espai en quatre dimensions perquè afegeix el temps.

Segons aquest concepte d'espaitemps, l'Univers està format per un teixit rígid però elàstic, que en principi és pla, però que quan rep una càrrega d'energia i massa es deforma, cosa que provoca un camp gravitatori entorn el cos que provoca la pertorbació. El descobriment d'Einstein va desbancar l'univers newtonià rígid i pla.

Imaginem un llit elàstic, si en ell hi ha una síndria, en afegir-hi una bala de vidre, aquesta s'acostarà a la fruita "com si" hagués estat atreta per ella, quan en realitat el que succeeix és que la síndria provoca una deformitat en el llit elàstic que fa que la bala de vidre no pugui més que acostar-s'hi. Aquest llit elàstic imaginari seria l'espaitemps de la teoria de la relativitat general.

Tot i això, les fórmules de la Llei de la Gravitació Universal de Newton funcionen en distàncies curtes; bé es va poder predir l'existència de Plutó i bé serveix per predir els moviments de la Lluna. En dimensions superiors o altres situacions, com ara per a descriure l'òrbita de Mercuri, s'aplica el model de la teoria de la relativitat general.

Els forats negres
Els forats negres són concentracions molt massives, com ara trenta vegades la massa del Sol. El radi del Sol és de gairebé 700.000 Km (més de cent vegades el de la Terra) i la seva massa de gairebé 2x10elevat a 27 tones (com gairebé 333.000 Terres). Imaginem que aquesta massa gegantina del Sol està compactada en un volum de 3 km de radi. Seria un objecte molt massiu que deformaria l'espaitemps i faria "com si" atragués qualsevol altre massa propera. Quan dues masses similars interactuen, provoquen alteracions de l'espaitemps que generen ones gravitatòries.

La detecció d'ones gravitatòries és especialment enriquidora en la col·lisió de forats negres, que no poden ser vistos, ja que no tenen llum; i perquè les col·lisions tampoc no generen senyal lumínic. Les ones gravitatòries d'una col·lisió entre dos forats negres són generades en un temps molt curt, de mil·lisegons. La col·lisió i fusió de dues galàxies amb forats negres duraria molt més temps, i generaria ones gravitatòries durant segons. Aquestes ones, generades durant un esdeveniment cataclísmic, viatgen a la velocitat de la llum. I després es perden, com s'han perdut els senyals que han pogut arribat a la Terra abans d'ara.

El projecte
Albert Einstein, en la seva teoria de la relativitat general va predir l'existència d'ones gravitatòries. Si dos objectes massius col·lisionaven havien de generar una vibració gravitatòria. El 1974 van ser detectades indirectament per Hulse i Taylor estudiant un púlsar, per la qual cosa van rebre el Premi Nobel de Física el 1993. Però directament no havien estat detectades.

Fa uns trenta anys, Rainer Weiss, investigador al MIT, va començar a idear una antena que pogués detectar les ones gravitatòries. En el projecte van participar també l'escocès Ronald Drever i Kip Thorne. I molts altres investigadors. Van planejar dos observatoris, un a Louisiana i l'altre a Washington, separats per tres mil quilòmetres, una distància que la llum triga en recórrer 10 mil·lisegons.

I, quan l'observatori LIGO encara no estava en fase d'observació sinó en fase d'enginyeria, va arribar l'èxit, la primera detecció d'ones gravitatòries. En realitat s'esperava que el primer senyal fos rebut cap al 2017 ó 2018, de manera que va estar una sorpresa ben agradable. Ara, amb quina freqüència es detectaran més ones gravitacionals? No se sap. Mensualment, dues vegades l'any? Està per veure. Però la detecció d'ones gravitatòries explicaran de ben cert la història de l'Univers.

L'article publicat a Physcal Review Letters amb l'observació del setembre estava signat per un miler de científics, els que participen en la col·laboració LIGO, entre ells hi ha investigadors de la Universitat de les Illes Balears, que busquen patrons que permetin eliminar senyal sísmic artefactual provocat, per exemple, per la caiguda de branques d'arbre durant una tala o per la vibració que generen camions passant per una carretera pròxima.

Roberto ha rebut l'advanced grant de la ERC que comentàvem al principi per a trobar algoritmes que facilitin aquesta feina. Faran un plantejament teòric en un univers amb infinites dimensions, i quan trobin la millor aproximació, aniran baixant les dimensions. Quan li preguntem perquè treballen així, ens explica un acudit.

Si es demana a un biòleg com funciona una vaca respondrà segurament donant arguments bioquímics, fisiològics o anatòmics. En preguntar-li a un enginyer, parlarà de la mecànica amb que es mouen les potes o la cua. En demanar-li a un físic, respondrà: "Imaginem una vaca esfèrica i sense fregament". I així fan les aproximacions. Imaginen una situació que s'acosta a l'ideal i desprès hi afegeixen correccions.

Les possibilitats que obre
Roberto diu que quan explica en què consisteix la possibilitat de detectar ones gravitatòries projecta una imatge idíl·lica d'un espai natural en què hi ha un salt d'aigua. Però sense so. I, al cap d'una estona afegeix el so, aleshores se sent l'aigua com cau, el cant dels ocells... elements que ni se sabia que hi eren. És afegir un nou sentit en l'estudi de l'Univers.

La possibilitat d'estudiar el so obre un nou camp de recerca que no sabem on durà. Com quan Galileu va observar amb el seu telescopi els cràters de la Lluna, les taques del Sol i els satèl·lits de Júpiter. O quan Cristòfol Colom buscant un camí nou per arribar a l'Orient va descobrir un nou continent.

Quan li preguntem a Roberto què li va dur a estudiar forats negres ens respon que com podria mai NO haver dedicat la seva vida a estudiar forats negres. Ens explica que quan tenia deu anys va trobar en un llibre l'explicació de la llei de Newton de la gravitació universal. En veure que la força de gravitació era igual al producte de les masses dividit per distància que les separa al quadrat, multiplicat per una constant, tot i no entendre què volia dir, li va semblar una fórmula molt senzilla i poderosa alhora. Que l'univers i els seus fenòmens es podien entendre bé amb fórmules senzilles. "Y estoy en ello".

Aquest cap de setmana (18 i 19 de juny de 2016) científics de l'ICC-UB participaran a la Festa de la Ciència al Parc de la Ciutadella, que enguany celebra el seu desè any. També hi haurà moltes altres activitats de recerca de frontera. Recomanat.

Imatges: Wikimedia commons i LIGO.

Més informació
El so comparat de les dues ones gravitatòries detectades pel LIGO.
La cançó de l'Univers. Cristina Junyent. Nació Digital (13/02/2016)
Focus: LIGO Bags Another Black Hole Merger. Physical Review Letters (15/06/2016)
Cent anys de relativitat (vídeo). Roberto Emparan a Pessics de Ciència (20/01/2016)
Els forats negres són la física al límit. Roberto Emparan (08/06/2016)

30 may. 2016

Les transicions del coneixement

Dimecres passat, 18 de maig vam parlar sobre les transicions del coneixement amb Agustí Nieto-Galán, del Centre d'Història de la Ciència (CEHIC), a la UAB. Ens vam remetre a les preguntes esbossades per encetar la conversa: com ha canviat el coneixement de la natura al llarg de la història? Es un procés acumulatiu, de progrés inqüestionable, o més aviat un camí traumàtic ple de ruptures, controvèrsies i revolucions? Podem separar el nostre coneixement de la natura del de la societat? I, entorn d'elles va girar la conversa.

Com podem estudiar el canvi en el coneixement?
La primera observació de la tertúlia va anar entorn a la dificultat que tenim en viatjar al passat per comprendre quin coneixement tenien del món en altres èpoques, ja que ens ho mirem condicionats pel nostre present.

En altres moments, les percepcions eren diferents. Com podem, doncs, abstraure'ns del coneixement que tenim ara per comprendre la teoria de la transmutació dels elements? Viatjar en el temps és, per tant, difícil. I, d'una altra banda, com podem comprendre la forma en què la medicina xinesa s'integra en la lògica de la seva societat? Viatjar en l'espai, també ho és.

En aquest sentit, es fa servir la paraula incommensurable, per a reflectir que no es pot mesurar el coneixement en un temps i un espai diferents, ja que es tracta d'incloure aquest coneixement en sentit ampli en una altra escala de valors de coneixement, socials o religiosos.

Aquest enfocament més general és el que proposen des del Centre d'Història de la Ciència. Estudien diferents mirades d'acostar-se al coneixement del món i la natura, del cosmos, de la salut i la malaltia. Aquesta proposta, que no és pas exclusiva, incomoda alguns científics, perquè la consideren una crítica al pensament eurocentrista que veu el coneixement científic occidental com a general, objectiu i reproduïble.

Podem separar el nostre coneixement de la natura de la societat?
Aquest pensament científic eurocentrista, heretat de la Revolució Industrial anglesa, quan la tecnologia va canviar espectacularment, i va anar associada a un augment de l'esperança de vida especialment per la disminució de la mortalitat infantil, va ser qüestionat també per Freud, metge de formació, en El malestar en la cultura: de què serveix poder anar en tren si no som més feliços?

A més, en la presència del coneixement científic la religió ha jugat també un paper important. Ha participat durant molts segles en occident i encara ho fa en l'islam.

A Occident, el mateix Newton va classificar el seu llibre Principia Mathematica, publicat l'any 1687, com un llibre de teologia. En aquell moment es considerava que si es comprenia l'ordre de l'univers que havia establert Déu, seria més fàcil ser creient que no pas amb la sola catequització per la fe.

I, desenganyem-nos, en la nostra vida quotidiana, encara que ens considerem laics, ateus o agnòstics, és molt difícil deslligar-nos del nostre passat catòlic que impregna la vida i el pensament, i, sobre tot, la visió del món.

Existeix el progrés en ciència?
Agustí ens remet a les paraules del seu professor d'Història, Jordi Nadal: "cualquier tiempo pasado fue peor". Nadal es referia a les condicions de vida prèvies a la Revolució Industrial, quan la mortalitat infantil era molt elevada i la higiene, minsa. Aquesta concepció recull l'optimisme de la Il·lustració.

El Romanticisme volia recuperar la civilització clàssica. Inspirant-se en Kant, va aparèixer una altra forma de mirar el món. Oersted, el físic danès conegut per associar l'electricitat i el magnetisme en una disciplina nova, l'electromagnetisme, en realitat buscava era trobar les forces ocultes de la natura. Els romàntics van desenvolupar la naturphilosophie, seguida també per Goethe, sense la qual probablement avui no s'entendria l'ecologia. I també va trobar un coneixement del món que va dur a grans troballes teòriques i pràctiques posteriors.

Amb el creixement tècnic i tecnològic del segle XX, hi va haver una altra concepció de la ciència i del coneixement, que ha deixat empremta i no només en forma de residus. Estudiant com està fet un Ford T es pot saber com era la consideració de l'American way of life.

Per aquesta ambivalència de pensament latent en diferents èpoques de la història de la humanitat, ens podríem negar a acceptar la idea de progrés sense un sentit crític. David Edgerton, un conegut historiador britànic, en el seu assaig "The shock of the old" defensa que les formes tradicionals d'entendre la tecnologia, el canvi tecnològic i el paper de la tecnologia en les nostres vides s'han vist greument distorsionada per la imatge que d'ella se'ns ha donat.

Com influeix la percepció de l'evolució científica i tecnològica en la societat?
En la darrera etapa històrica en què vivim, el desenvolupament de la ciència i la tecnologia ha desbancat la rellevància de les disciplines de pensament.
El filòsof italià Nuccio Ordine, en el llibre La utilitat de l'inútil, defensa la utilitat de tot allò que no té, en principi, utilitat, com podria ser la literatura, la poesia, la filosofia... el coneixement pel coneixement. Com Foucault, defensa la crítica de l'ensenyament com a "disciplina", en què l'objectiu és la integració dels futurs llicenciats en els sistemes de producció.

Les universitats d'Oxford i Cambridge van ser les darreres en integrar la Física i la Química a les seves ofertes educatives. L'argument era que, per a tenir una educació liberal especialment per als polítics que haurien després de governar el país (i que en la major part sortien d'aquelles universitats), el que calia saber era llatí, grec, història i literatura, i adquirir habilitats de lectura, oratòria i escriptura.

A ran de la pregunta d'una participant, es cita el llibre de Kuhn, "L'estructura de les revolucions científiques". El nostre ponent recorda el context de guerra freda en què va ser escrit el llibre (1962), i que, en qualsevol cas, el darrer coneixement científic no invalida l'anterior, en molts casos. Per exemple, Einstein no ha superat a Newton. De fet, Einstein té poca conseqüència en la vida quotidiana.

La propagació de la ciència
Fem també consideracions entorn el vehicle de transmissió del coneixement científic: els articles científics. Cal tenir en compte, d'una banda, amb el biaix de llengua, ja que es publiquen en anglès. I també que, tot i que les normes diuen que han de ser explicats d'una manera que permeti la reproducció de l'experiment, això no succeeix sempre.

Hi ha articles famosos el resultat dels quals és aplicat i expliquen la realitat, però no poden ser repetits. Un dels més coneguts i clàssics és el de la balança de Coulomb. El físic francès fa postular l'atracció de les forces elèctriques de signe oposat i la repulsió de les de signe igual, tot inspirant-se en la força d'atracció gravitatòria. L'experiment no s'ha pogut reproduir mai, però els comptes funcionen.

La divulgació de la ciència
Els que han estudiat més Història de la Ciència i l'han divulgada han estat els anglosaxons. Desprès de la Segona Guerra Mundial, a Anglaterra i Estats Units es van generar els estudis amb la idea de millorar-ne la seva imatge desprès del llançament de les bombes nuclears i dels camps de concentració. 

Alguns autors opinen, en veure que la teoria de la relativitat és abstracta i difícil de comprendre, que no cal provar d'explicar-la més, perquè no serà compresa. De fet, també es considera que la mateixa teoria es compresa per molts pocs científics. Com diu Hanz Magnus Enzensberger de la poesia, que no creu que sigui compresa per més d'unes tres-centes persones al món.

Altres autors, per contra, argumenten que sí val la pena explicar la teoria de la relativitat, si es fa en el llenguatge adequat del receptor. Defensen que cal buscar ponts entre el coneixement més innovador i la ciutadania interessada. Cal entendre de ciència per anar entenent el món i poder fer bones preguntes que permetin entendre millor. Sense una certa cultura bàsica no es fan bones preguntes.

Com vas arribar a fer d'historiador de la ciència?
Ens confessa n'Agustí que va ser un bon estudiant de batxillerat. Treia molt bones notes en lletres i també en matemàtiques i ciències més dures. Per això li van recomanar de fer ciències; va estudiar Enginyeria Química a l'IQS i va fer una estada a l'Institut Max Plank.

I, entre pipeta i pipeta no oblidava la seva idea anterior: el que en realitat li venia de gust de fer éren estudis de lletres. Li va dir a una professora que aquella seria la seva frustració professional: ser químic preferint ser humanista. I la professora li va dir: "Idiota, no sos viejo, sos muy joven". Literalment.

Va apostar, doncs, per deixar la Química i passar-se a la Història, en què es va llicenciar i doctorar. Més tard va fer estades a Cambridge. L'any 2000 va aconseguir una plaça permanent a la universitat. I encara hi és.

Ens regala una frase preciosa: "Estudiar Història m'ha fet comprendre la meva pròpia finitud".

Més informació
El matrimoni de la química : a partir del quadre de David del matrimoni Lavoisier, 1788 (vídeo)

21 abr. 2016

Les transicions biològiques: els organismes multicel·lulars

Dimecres passat, 13 d’abril, va venir Iñaki Ruiz-Trillo, de l'Institut de Biologia Evolutiva (CSIC-UPF), ICREA, per parlar-nos de Les transicions biològiques, concretament del pas d'organismes unicel·lulars a multicel·lulars.

Iñaki és biòleg per la Universitat de Barcelona, va fer la seva tesi doctoral al Departament de Genètica i va fer el post-doc a la Universitat de Dalhousie, a Halifax (Nova Escòcia, Canadà). Es va reincorporar al sistema de recerca català el 2007 amb un contracte ICREA.

Iñaki ens confessa que durant el seu doctorat va decidir que volia estudiar l'origen dels animals, que ningú no ho havia fet; i que a Canadà va aprendre a fer la pregunta correcta. En reincorporar-se a Barcelona, amb l'equip que ha creat estan buscant les respostes.

Iñaki ens explica que la seva recerca es basa en buscar filogènies comparant els genomes dels parents unicel·lulars més propers dels animals multicel·lulars. La comparació els permet de tenir una idea més clara de com era l’ancestre unicel·lular que va donar a lloc a tots els animals, incloent-nos nosaltres, els humans.

Ara bé, inevitablement, parlar del pas d'organismes unicel·lulars a multicel·lulars ens duu a parlar de transicions anteriors. D'una banda, ens retrau a l'origen de la vida i, en segon terme, a l'origen dels eucariotes, els éssers vius que tenen el DNA empaquetat dins una membrana nuclear.

L'aparició de la vida
La vida va aparèixer fa aproximadament 3,7 mil milions d'anys. Les primeres formes van ser bacterianes. En elles el material genètic es trobava en el citoplasma de la cèl·lula, sense un nucli que l'englobés. Tot i que la vida potser va aparèixer diverses vegades, on hi ha consens és en que tots els organismes actuals venim d’un organisme únic, el que coneixem com a LUCA (Last Universal Common Ancestor). Entre altres raons, tots els organismes compartim el mateix codi genètic.

I, com era morfològicament aquest ésser viu? Quins gens tenia? Com vivia? Doncs, no hi ha resposta, ni sembla que hi hagi cap forma de saber-ho. Està massa lluny en el temps i no podem trobar parents. El que si podem és reconstruir la història cap aquí: dos mil milions d'anys més tard van aparèixer els arqueus, unes cèl·lules un xic més complexes.

L'aparició dels eucariotes
Els arqueus van donar origen als primers eucariotes, per simbiogènesi ara fa uns 1,8 mil milions d'anys. En primer lloc, s'incorporarien els bacteris capaços de respirar (alfaproteobacteris), que van passar a ser es orgànuls que proporcionen l'energia a les cèl·lules (els mitocondris). Després s'incorporarien altres orgànuls. Aquesta simbiogènesi és una altra transició biològica i va succeir una sola vegada en la història de la vida.

Imatge Cèl·lula eucariota animal. Font: Wikimedia commons

Posteriorment, i no en totes les cèl·lules, s'incorporarien diferents bacteris, com els cianobacteris, que van donar els cloroplasts, que proporcionen la capacitat de fer la fotosíntesi. D'aquí es van originar les algues i les plantes. Aquests organismes primerencs van donar lloc als ancestres dels diferents regnes dels éssers vius.

L'aparició dels organismes multicel·lulars
Els organismes multicel·lulars a diferència dels unicel·lulars, poden fer simultàniament diferents funcions vitals. Els unicel·lulars s'alimenten, es desplacen i es reprodueixen; compleixen els requisits dels éssers vius seqüencialment: la cèl·lula fa una activitat cada vegada, no les pot simultaniejar. Els organismes multicel·lulars poden fer les diverses accions alhora, atès que tenen cèl·lules diferenciades que compleixen les diferents funcions simultàniament.

Com es va passar als organismes multicel·lulars? Doncs probablement mitjançant el reciclatge d'alguns gens que ja existien. Les propietats que haurien de donar-los-hi eren: l'adhesió (i s'ha vist que ja existien gens que sintetitzaven integrines, proteïnes d'adhesió), la comunicació cel·lular (cal emetre senyals per indicar què calia fer tots alhora, i ja la deurien tenir també atès que els sincicis actuen alhora), i la diferenciació cel·lular (que també es pot donar en els sincicis entre la part exterior i l'interior de l'agrupament).

Així, el kit mínim d'un organisme multicel·lular ha de contenir gens per a l'adhesió, la comunicació i diferenciació, i els factors de transcripció corresponents per a les diferents funcions. I també hi hauria la divisió entre les línies cel·lulars somàtica i germinal. Aquest va ser un canvi de software, amb un bagatge del que teníem.

Iñaki ens fa el símil amb els smart-phones, que aprofiten tecnologies ja existents (telèfons mòbils, càmeres digitals, GPS...) que, millorades en el seu programari i agrupades, fan aflorar propietats emergents que són més que la suma de les propietats existents, ja que ofereixen noves prestacions.

S'estima que els primers animals multicel·lulars van aparèixer ara fa entorn 700 milions d’anys. I a partir d'aquí van sorgir els diferents fílums animals. Però els animals són només una petita branca dins l'arbre dels eucariotes. Una entre cent. I la multicel·lularitat va aparèixer al menys vint vegades al llarg de la història de la vida.

Els organismes multicel·lulars més senzills són les algues verdes o cloròfits. El seu parent colonial més proper és Volvox que, al seu torn, va evolucionar de l'alga unicel·lular Chlamydomonas. Les algues brunes, feòfits, i les algues vermelles, rodòfits, tenen altres orígens. Les plantes van sorgir dels caròfits, un llinatge de les algues verdes.

Els fongs van aparèixer de l'evolució d'amebes i de de Dyctiostelium (vídeo). Seria un altre tipus de multicel·lularitat, en aquest cas, agregativa. I els llevats, fongs unicel·lulars, són considerats com regressions d'essers multicel·lulars a unicel·lulars de nou. De vegades en la història de la vida hi ha hagut regressions i simplificacions, com en els paràsits, que perden possibilitat de moure's, o en els animals que viuen en coves, que perden sentits.

Altres llinatges amb més complexitat molecular van donar lloc a les plantes i els animals. Iñaki estudia els organismes eucariotes, protists, que van donar lloc als diferents fílums del regne animal; s'estima el nombre de fílums animals es mou entorn els trenta-sis. Els animals més antics vivents són les esponges i els ctenòfors. Un dels fílums, només un és el dels cordats, que ha donat als mamífers, als primats i als humans. 

Els parents més antics
En el cas de l'origen dels multicel·lulars si té sentit preguntar-se com eren morfològicament els ancestres? quins gens tenien? com vivien? Amb aquests organismes si es pot fer una aproximació comparant amb els genomes dels animals que estan en la franja intersticial entre els mono i els multicel·lulars. Es tracta d'organismes que són considerats unicel·lulars, però en algun moment de la seva existència tenen un comportament que pot correspondre a un multicel·lular.


Imatge: Capsaspora. Font: Multicellgenome/Wikimedia commons
 
L'equip d'Iñaki ha estudiat tres organismes emparentats genèticament als animals i que són considerats els ancestres més antics coneguts, segons la seqüència del gen ribosomal 18S: Capsaspora, Sphaeroforma i Creolimax.

Aquest gen 18S ribosomal, es troba en els ribosomes, orgànuls que tenen tots els éssers vius, ja que és on té lloc la síntesi proteica. Per aquesta necessitat vital, aquest gen està molt preservat en els animals, i aquests tres microorganismes són considerats en l'origen de la seqüència, ja que comparant aquest gen de diferents organismes i veient-ne els canvis, es troba el parentiu.

Capsaspora owczarzaki és un organisme unicel·lular semblant a una ameba amb molts fil·lopodis, amb els quals s'agafa al terra. Es va trobar a Sud-Amèrica dins l'hemolimfa un dels cargols que transmet també Schistosoma mansoni, el paràsit que provoca la esquistosomiasi. Aquí es pot trobar la seqüència del gen 18S de Capsaspora. En el final del cicle vital de Capsaspora, en cultiu de laboratori, es forma una mena de conglomerats multicel·lulars per agregació.


Sphaeroforma arctica també es va trobar de forma fortuïta dins un amfípode del krill. Abans de la divisió, pren una forma sincitial (divisió nuclear sense que hi hagi divisió citoplasmàtica), que finalment acaba explotant donant lloc a noves cèl·lules. El tercer organisme, Creolimax fragantissima, també es va aïllar de dins el budell d'un invertebrat. També és un organisme que fa sincitis abans de la seva divisió (vídeo).

De tots aquests tres organismes que es relacionen amb els proto-organismes multicel·lulars que van donar lloc als animals podríem dir que tenen en comú una transició a la multicel·lularitat per l'estadi agregatiu o sincitial en la fase final del cicle de vida.
També es consideren parents dels ancestres dels animals multicel·lulars els coanoflagel·lats, que formen colònies.

Els científics que estudien l'aparició dels organismes multicel·lulars comparteixen coneixements amb els que estudien el desenvolupament d'un càncer dins un organisme. A fi de comptes, en els dos casos hi ha una proliferació cel·lular; un càncer és com si creixés un organisme multicel·lular dins un altre organisme.

L'explosió cambriana
S'entén per explosió cambriana a l'aparició sobtada de moltes i diverses formes d'animals multicel·lulars en el registre fòssil.Com es va passar de tenir animals senzills de pocs gens, com són Capsaspora, Sphaeroforma o Creolimax a l'explosió cambriana? Probablement va ser de forma gradual, començant per les formes sincitials. Ara, com el programari nou faria nou maquinari no se sap. El que és obvi és que no va poder tenir lloc fins que els animals van tenir algun exoesquelet que deixés rastre.

La diversitat desconeguda
Taraoceans és un projecte francès que estudia l'origen de la vida i la diversitat dels éssers vius a l'oceà. Del recull de tres anys de mostratge pels oceans, es va estudiar només els residus del gen 18S, el codi de barres que indica una espècie, per a valorar la diversitat. Es van trobar només al mar, més de cent filogènies o llinatges diferents. D'aquests cent llinatges, només de cinquanta es té una espècie representativa.

Iñaki, com vas arribar a estudiar protists?
Vaig fer una tesi sobre evolució que em va dirigir Jaume Bagunyà i Marta Riutort. Vaig estudiar els animals que tenen simetria radial. Durant el post-doc vaig anar més enrere en el temps, vaig estudiar l'origen de la cèl·lula eucariota. I més endavant, em vaig adonar que l'origen dels éssers pluricel·lulars l'estudiaven molt pocs científics. Quantes coses no se saben!

De manera que se'm va obrir un món molt atractiu per a trobar allò que ningú abans no havia trobat: l'adquisició de noves propietats que expliquen l'evolució. Som pocs grups amb aquesta especialitat en el món occidental i hi ha una competència més lleial entre nosaltres, que entre altres camps amb més grups que l'estudien.

El tipus de recerca que es fa en Biologia, actualment, el que ha permès avenços estudiantgenomes, és degut al desenvolupament de les màquines de seqüenciació i els grans ordinadors per processar tanta informació. Per això la possibilitat d'intervenció augmenta exponencialment. Per tant, les decisions referents a la recerca científica s'han de prendre entre diversos estaments socials. Nosaltres desapareixerem, no la vida; la vida és molt resilient.

Iñaki ens va repetir allò que diuen molts: que els científics han de saber sobre el seu camp i informàtica, i que la ciència amb la nova tecnologia vol equips multidisciplinars. Qui m'anava a dir a mi que allò tan avorrit que ens explicaven de rutina i de manera monòtona a tercer de carrera podia ser tan atractiu!

Més informació
Organismos modelo (video)
Multicell genome