Istoria chimiei reprezinta o perioada lunga de timp, incepand din antichitate si pana in prezent. Pana in anul 1000 i.e.n., oamenii au folosit tehnologii care in cele din urma au stat la baza diverselor ramuri ale chimiei. Oamenii au invatat sa extraga metalele din minereuri, sa fabrice ceramica, sa inteleaga fermentarea berii si sa extraga substante chimice din plante pentru medicina si parfumuri.

Predecesorul chimiei, alchimia, nu a reusit sa explice natura materiei si transformarile ei. Cu toate acestea, alchimistii au pregatit terenul pentru aparitia chimiei moderne.

Stiinta chimiei a parcurs un drum lung si sovaielnic. In anul 1661, Robert Boyle a publicat lucrarea “The Sceptical Chymist” – prima lucrare care face distinctia intre chimisti si alchimisti.

Poate nimic nu intruchipeaza mai bine natura ciudata si adesea accidentala a chimiei de atunci decat o descoperire facuta de un german pe nume Hennig Brand in 1675. Brand ajunsese la convingerea ca aurul putea fi distilat cumva din urina umana. A adunat cincizeci de galeti de urina, pe care le-a tinut vreme de mai multe luni in beci. Prin diverse procedee a transformat urina intr-o pasta toxica si apoi intr-o substanta ceroasa, translucida. Niciuna dintre acestea n-a devenit aur, fireste, dar s-a intamplat totusi ceva interesant. Dupa o vreme, substanta a inceput sa straluceasca. Mai mult, cand era expusa la aer, de multe ori facea combustie spontana.

Potentialul comercial al acestui material – care curand a devenit cunoscut sub numele de fosfor, nu a trecut neobservat de oamenii de afaceri dornici de castig, dar intrucat era greu de obtinut, exploatarea sa s-a dovedit mult prea costisitoare. Un gram de fosfor se vindea cu amanuntul pentru 4 silingi si jumatate – circa zece lire sterline in banii de astazi, adica mai mult decat aurul.

In anul 1750, Karl Scheele (in imagine) a descoperit o cale mai simpla de a produce fosfor si asta, fara murdarie sau miros de urina. Scheele era, in acelasi timp, un individ extraordinar si extrem de ghinionist. A descoperit opt elemente, clorul, fluorul, manganul, bariul, molibdenul, tungstenul, azotul si oxigenul – si nu a primit recunoastere pentru niciunul din ele. De fiecare data, descoperirile sale erau fie ignorate, fie ajungeau sa fie publicate dupa ce altcineva facuse aceeasi descoperire pe alta cale.

Defectul remarcabil al lui Scheele era insistenta sa ciudata de a gusta cate putin din absolut toate substantele cu care lucra, inclusiv mercur, acidul prusic si acidul cianhidric. Nesabuinta lui Scheele i-a venit in cele din urma de hac. In 1786, la varsta de numai 43 de ani a fost gasit mort la masa de lucru.

In secolul al XVIII-lea se presupunea ca undeva in toate acestea exista si misteriosul “elan vital”, forta care putea aduce la viata obiectele inanimate. Nimeni nu stia unde se afla aceasta substanta eterica, dar doua lucruri pareau foarte probabile: ca putea fi trezita la viata cu un soc electric (o notiune pe care Mary Sheeley a exploatat-o din plin in romanul sau Frankenstein); si ca exista in unele substante, iar in altele nu, motiv pentru care noi am ajuns sa avem doua ramuri ale chimiei: organica si anorganica.

Cineva trebuia sa impinga chimia catre epoca moderna, iar cei care aveau sa-l dea pe acest om au fost francezii. Antoine-Laurent Lavoisier, nascut in 1743, apartinea micii nobilimi.

Desi nu a descoperit niciun element nou, el avea acces la cel mai bine dotat laborator existent pe atunci. A reusit sa ia descoperirile altora si sa le puna intr-o forma inteligibila. A identificat oxigenul si hidrogenul si le-a dat amandurora nume moderne. Pe scurt, a introdus in chimie rigoarea, claritatea si metoda.

Un chimist suedez si discipol al lui Dalton, Jons Jacob Berzelius, a inceput un program sistematic pentru a face masuratori cantitative precise si sa asigure puritatea substantelor chimice. Impreuna cu Lavoiser, Boyle si Dalton, Berzelius este unul dintre parintii chimiei moderne. In 1828 a complilat un tabel cu toate elementele chimice cunoscute la acea vreme.

In ciuda unor curatenii ocazionale, pana la jumatatea secolului al XIX-lea, chimia era un fel de talmes-balmes, motiv pentru care toata lumea fost fericita atunci cand, in 1869, s-a ivit figura unui profesor cu aer nebun de la Universitatea din Sankt-Petersburg, pe nume Dmitri Ivanovici Mendeleev.

Mendeleev a publicat tabelul periodic al elementelor asemanator cu cel actual. Tabelul sau era o reprezentare mai completa a relatiei complexe dintre elementele chimice, si, pe de alta parte, cu ajutorul acestui tabel a putut prezice atat existenta altor elemente nici macar banuite de existenta pe vremea sa, precum si a proprietatilor lor generale. Majoritatea previziunilor sale au fost confirmate de descoperirile ulterioare.

Mendeleev a plasat elementele in grupuri de cate sapte, dar a brodat practic in jurul aceleiasi premise fundamentale. Si deodata, aceeasi idee a devenit geniala, capatand o spectaculoasa valoare instructiva. Intrucat proprietatile se repetau periodic, inventia a devenit cunoscuta sub numele de Tabelul periodic.

Se spune ca Mendeleev s-ar fi inspirat din jocul de carti Solitaire, in care cartile sunt aranjate orizontal dupa culoare si vertical dupa numar. Folosind un concept similar, el a aranjat elementele in siruri orizontale, numite perioade, si in coloane verticale, numite grupe. Astfel se reliefau imediat un set de relatii atunci cand erau citite de sus in jos si de jos in sus si un alt set de relatii atunci cand erau citite de la stanga la dreapta sau invers. Mai exact, coloanele verticale reunesc elemente chimice cu proprietati similare. Astfel, aurul sta sub argint, iar argintul sta sub cupru datorita asemanarilor lor chimice ca metale, in vreme ce heliul, neonul si argonul apartin unei coloane continand gaze.

Secolul al XIX-lea mai pregatea o mare surpriza pentru chimisti. A inceput in 1896, cand Henri Becquerel din Paris, a uitat un pachet cu saruri de uraniu pe o placheta fotografica impachetata, intr-un sertar. Mai tarziu, cand a scos placuta a observat ca sarurile lasasera o marca imprimata pe ea, ca si cum placuta a fost expusa la lumina. Sarurile emiteau un fel de gaze.

Avand in vedere importanta descoperirii, Becquerel a incredintat-o unui student de la cursurile postuniversitare sa o studieze. Din fericire, studentul era o emigranta nou venita din Polonia, pe nume Marie Curie. Aceasta, lucrand alaturi de sotul ei, Pierre, a descoperit ca anumite tipuri de roci emiteau constant cantitati extraordinare de energie, fara sa isi diminueze dimensiunile sau sa se schimbe intr-un mod evident. Ceea ce nu stiau ei, si n-avea sa stie nimeni pana in deceniul urmator, cand Einstein urma sa explice cum stau lucrurile – era faptul ca rocile transformau masa in energie.

Marie Curie a botezat acest efect “radioactivitate”. In decursul vietii lor, sotii Curie au descoperit si doua elemente noi – poloniul, pe care l-au denumit dupa tara lor natala, si radiul.

Bibliografie:

Despre toate, pe scurt – De la Big Bang la ADN, Bill Bryson, editura Polirom.

Daca atomii sunt in mare parte spatiu gol, de ce obiectele arata si se simt solide?

Acum doua secole, chimistul John Dalton a propus ideea ca toate corpurile sunt alcatuite din particule numite atomi. Fiecare atom este compus dintr-un nucleu incredibil de mic si din electroni, care sunt chiar si mai mici.

Daca va imaginati o masa normala, dar de 1 miliard de ori mai mare, atunci atomii sai ar fi de dimensiunea pepenilor. Dar chiar si asa, nucleul din centrul atomilor ar fi in continuare mult prea mic pentru a fi observat cu ochiul liber. Iar restul, spatiu gol. Imaginati-va ca va sprijiniti cu mana de masa. De ce nu trec degetele noastre prin atomi daca majoritatea spatiului ce formeaza atomul este gol? Ei bine, in primul rand, atomii nu sunt goi. Potrivit electrodinamicii cuantice, spatiul este umplut de un camp de electroni in jurul nucleului care neutralizeaza sarcina si umple spatiul care defineste dimensiunea atomului.

Pentru a explica de ce obiectele se simt solide la atingere, trebuie sa ne uitam la electroni. Din pacate, o mare parte din ceea ce este predat in scoala generala este simplificat – electronii nu orbiteaza centrul unui atom asa cum planetele orbiteaza in jurul Soarelui. Trebuie sa ne gandim la electroni ca la un roi de albine sau pasari, unde miscarile individuale sunt prea rapide pentru a le urmari, insa putem vedea urmele lasate, precum in imaginea de mai sus.

Dansul electronilor

Electronii practic danseaza in jurul atomului. Insa nu danseaza intr-un mod haotic, ci seamana mai mult cu un dans in sala de bal, urmand sabloane si pasi precisi, stabiliti de o ecuatie matematica, numita dupa Erwin Schrodinger.

Aceste sabloane pot varia – unele sunt lente, precum un vals, in timp ce altele sunt rapide si energice. Fiecare electron pastreaza acelasi sablon, dar din cand in cand si-l poate schimba, atata timp cat niciun alt electron nu danseaza deja dupa acel sablon. Doi electroni dintr-un atom nu pot dansa in acelasi pas, iar aceasta regula se numeste Principiul de excluziune.

Principiul de excluziune, numit si Principiul Pauli, este un principiu din mecanica cuantica, formulat de Wolfgang Pauli in 1925. Acesta afirma ca doi fermioni identici nu pot ocupa aceeasi stare cuantica simultan. Pentru electronii dintr-un singur atom, inseamna ca doi electroni nu pot avea aceleasi patru numere cuantice. Deoarece electronii sunt fermioni, acest principiu le interzice sa ocupe aceeasi stare cuantica, astfel ca electronii trebuie sa “se adune unii peste altii” in cadrul unui atom.

Desi electronii nu obosesc niciodata, trecerea la un pas mai rapid necesita energie.

Rezistenta la atingere

De ce o masa se simte solida la atingere? Multe site-uri web va vor spune ca acest lucru se datoreaza respingerii – ca doua lucruri incarcate negativ trebuie sa se respinga reciproc. O explicatie mai realista este ca masa se simte solida datorita dansului electronilor despre care am mentionat mai sus.

Atunci cand atingi masa, electronii din degetele tale se apropie de electronii din atomii mesei. Pe masura ce electronii dintr-un atom se apropie destul de mult de nucleul celuilalt, dansul se schimba. Un electron aflat pe un nivel energetic inferior nu se poate afla pe acelasi nivel energetic in jurul unui alt nucleu, dat fiind ca acest nivel este deja ocupat de unul dintre electronii celuilalt atom. Asadar, electronul primului atom trebuie sa ocupe un nivel energetic mai ridicat in jurul celui de-al doilea. Aceasta energie suplimentara este generata de forta de respingere a degetului asupra atomilor mesei.

Asadar, pentru a impinge doi atomi aproape unul de celalalt necesita energie pentru ca toti electronii lor trebuie sa treaca pe un nivel energetic superior neocupat. Incercarea de a apropia atomii din deget de masa necesita o cantitate mult mai mare decat cea furnizata de muschii nostri.

Ceea ce atingem este de fapt un camp creat de electroni si a carei masa este creata de nuclee. Masa, in general, se datoreaza fortei nucleare tari, generata prin ruperea simetriei.

Cand se ating doi atomi sau doua molecule, se ating campurile lor de electroni si se resping reciproc. Intr-o mica masura se si atrag, numita atractia van der Walls, responsabila de formarea lichidelor. Astfel, atingerea este un efect real.

Traducere si adaptare dupa:
https://theconversation.com
https://www.mat.univie.ac.at

Universul este alcatuit din materie si energie. Materia este alcatuita din atomi si molecule, iar energia pune atomii si moleculele in miscare.

Miscarea atomilor si a moleculelor creeaza o forma de energie denumita energie termica. Energia termica este prezenta chiar si in cele mai reci locuri din Univers, chiar daca cantitatea de energie este foarte mica.

Energia nu este mai misterioasa decat miscarea. Lucrurile care se misca au energie.

Sa presupunem ca multimea de atomi care formeaza un obiect se agita cu o oarecare frecventa, fiecare atom miscandu-se aleator intr-o directie sau alta. Daca atomii se misca, acestia au energie. Iar atunci cand atomii se agita suficient de tare, noi spunem despre acel obiect ca este cald.

Oamenii de stiinta au cuvinte tehnice pentru caldura, precum “energia termica interna”. Atomii pot vibra, se rotesc sau chiar se ratacesc (daca este vorba de un lichid sau gaz).

Aceasta energie nu este foarte diferita de energia necesara unui autovehicul. Doar ca este mai mica si mai dificil de masurat. In loc sa folosim un vitezometru, pentru masurarea energiei termice folosim un termometru. Temperatura ne indica viteza medie a atomilor pusi in miscare. Cu cat este mai mare temperatura, cu atat creste viteza medie si, prin urmare, cu atat gasim mai multa energie acolo.

Dar daca toti atomii s-ar opri brusc, in acelasi timp, ce temperatura ar avea acel corp? Raspunsul: -273 grade C. Aceasta este temperatura zero absolut, sau 0 Kelvin.

Energia poate lua mai multe forme. Multe tipuri de energie pot fi transformate in energie termica. Energia electrica, mecanica, chimica, nucleara sau sonora, poate provoca substantelor o incalzire prin agitarea moleculelor din acea substanta. De exemplu, cuptorul cu microunde functioneaza la fel – agita moleculele. Radiatia produsa de un cuptor cu microunde este neionizata – prin urmare, nu are riscul de cancer asociat cu radiatiile ionizate, precum razele X sau razele cosmice de energie inalta.

Pe scurt, caldura este energie, iar temperatura este o metoda de masurare a cat de cald sau rece este un obiect.

Transferul de caldura

Un lucru pe care l-ati observat probabil despre caldura este ca nu ramane constanta. Lucrurile fierbinti tind sa devina mai reci, iar lucrurile reci devin mai calde. Exista o lege fundamentala a fizicii numita “cea de-a doua lege a termodinamicii” care spune ca, o ceasca de cafea fierbinte intotdeauna se raceste iar inghetata se topeste: caldura curge de la lucrurile fierbinti spre cele reci, pana ce vor ajunge la un echilibru termic cu mediul inconjurator.

Cea de-a doua lege a termodinamicii este, de asemenea, responsabila pentru facturile din perioada iernii. Pe scurt, cu cat este mai rece afara, cu atat vom avea nevoie de mai multa energie pentru a o incalzi. Pentru a rezolva problema, trebuie sa intelegem cele 3 moduri diferite prin care caldura poate calatori: prin conductie, convectie si radiatie.

Prin conductia termica, caldura se transfera la atingere (picioarele ni se racesc daca mergem desculti pe gresie).

Convectia este modul prin care oala cu supa se incalzeste pe foc. Supa de pe fundul vasului, cea mai apropiata de caldura, se incalzeste rapid si devine mai putin densa (mai usoara) decat supa rece de deasupra. Supa mai calda se ridica, iar cea rece ii ia locul. Astfel, datorita acestei circulatii, obtinem un “transportator de caldura invizibil”. Treptat, intreaga supa se va incalzi.

Radiatia este cea de-a treia metoda – conductia transporta caldura prin corpuri solide, convectia transporta caldura prin lichide si gaze, insa radiatia poate transporta caldura si prin spatiul gol. Aproape tot ceea ce facem pe Pamant este alimentat de radiatiile solare. Daca stati langa un foc si simtiti caldura pe suprafata obrazului, toata caldura o simtiti datorita radiatiei – in linii drepte, la viteza luminii, purtata de un tip de electromagnetism numit radiatie infrarosie.

De ce unele lucruri se incalzesc mai greu decat altele?

Diferite materiale pot stoca mai multa sau mai putina caldura in functie de structura atomica interna sau moleculara. Apa, de exemplu, poate stoca cantitati uriase de caldura – este unul dintre motivele pentru care o folosim in sistemele de incalzire – desi se incalzeste mai greu. Metalele permit caldurii sa treaca prin ele foarte bine si se incalzesc rapid, dar nu sunt atat de bune pentru a stoca caldura.

Bibliografie:
http://science-is-easy.blogspot.com/2009/10/what-exactly-is-heat.html
http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/light_lessons/thermal/heat.html
https://www.explainthatstuff.com/heat.html

Foto: Nasa, https://archive.org/details/sdomultimediagallery

Genele sunt in primul rand instructiuni pentru crearea proteinelor. Si indeplinesc bine aceasta sarcina. Genele seamana oarecum cu clapele unui pian, fiecare cantand o singura nota si nimic altceva, ceea ce, evident, suna putin cam monoton. Dar, atunci cand combinam genele asa cum combinam notele clapelor pianului, putem crea o infinitate de acorduri si melodii. Reunind toate aceste gene, obtinem simfonia existentei cunoscuta sub numele de genom uman.

Genomul uman este stocat pe 23 de perechi de cromozomi. 22 dintre acestea sunt perechi de cromozomi autozomali, in timp ce ultima determina sexul. Genomul uman haploid ocupa putin mai mult de 3 miliarde de perechi de baza de ADN (acid deoxiribonucleic).

Genomul uman haploid contine circa 20.000 de gene codificante. Doar 1,5% din genom codifica proteine, restul fiind gene ARN necodificante, siruri de reglare, introni, si ceea ce se numeste “junk” ADN.

Fiecare celula din corp are acelasi set complet de gene. O gena este formata din ADN si este, in principiu, un tip de instructiune genetica. Aceste instructiuni pot fi folosite pentru a realiza proteine si pentru a controla reactia chimica a vietii.

Unele gene sunt active in unele tesuturi si organe, dar nu si in altele. De asta un plaman este diferit de un ficat. Genele sunt activate sau dezactivate in timpul dezvoltarii, dar si ca raspuns la schimbarile de mediu, de metabolism sau de infectii.

Human Genome Project a produs o secventa de referinta a genomului uman eucromatic, utilizata in toata lumea in stiintele biomedicale.

Proiectul genomul uman

Proiectul genomul uman a produs primele secvente complete ale genomilor umani, iar prima analiza a fost publicata in anul 2001. Datele rezultate sunt utilizate in intreaga lume in domeniul stiintei biomedicale, antropologiei si alte ramuri ale stiintei. Exista o asteptare ca studiile genomice vor conduce la progrese in diagnosticarea si tratamentul bolilor dar si ca vor oferi noi perspective in multe domenii ale biologiei, inclusiv evolutia umana.

 (Sursa foto) Desi secventa genomului uman a fost (aproape) complet determinata de secventierea ADN-ului, nu este inca pe deplin inteleasa. Cele mai multe gene au fost identificate printr-o combinatie de abordari experimentale folosind mijloace bioinformatice si necesita mult efort pentru elucidarea functiilor lor biologice. Rezultatele recente arata ca o mare parte din ADN-ul necodant din genom prezinta activitati biochimice, inclusiv reglarea expresiei genelor, organizarea arhitecturii cromozomiale si poate controla mostenirea epigenetica.

Exista aproximativ 19.000 – 20.000 de gene care codifica proteine. Estimarea numarului de gene a fost revizuita in mod repetat fata de predictiile initiale estimate la 100.000. Secventele de codificare a proteinelor reprezinta doar o fractiune mica in comparatie cu dimensiunea genomului (aproximativ 1,5%), iar restul de gene sunt asociate cu moleculele de ARN necodante sau secvente de ADN de reglare.

Lungimea totala a genomului uman este de peste 3 miliarde de perechi de baze. Genomul uman include, de asemenea, ADN-ul mitocondrial, o molecula prezenta in fiecare mitocondrion.

Stabilitatea genetica

Genele pot suferi mutatii, insa se intampla destul de rar. O mutatie reprezinta o schimbare permanenta a ADN-ului. Dar avand in vedere ca suntem facuti din trilioane de celule, mutatiile par mai frecvente. In timp ce unele sunt daunatoare, altele pot sa nu aibe niciun efect, sau pot chiar sa fie benefice.

Corpul nostru recunoaste si distruge celulele care prezinta mutatii daunatoare, dar asta nu se intampla intotdeauna. Astfel apare cancerul. In general, genomul este destul de stabil si structura genetica se pastreaza pe parcursul vietii.

Mark Stoeckle de la Universitatea Rockefeller din New York si David Thaler de la Universitatea din Basel, Elvetia, au publicat o lucrare interesanta in jurnalul Human Evolution. Stim ca populatiile mari care se deplaseaza mult, precum furnicile, sobolanii si oamenii, vor deveni mai diversificate cu timpul din punct de vedere genetic. Insa este adevarat? Stoeckle spune ca nu.

Poate cel mai surprinzator rezultat al studiului este ca 9 din 10 specii existente azi pe Pamant, inclusiv oamenii, au aparut in urma cu 100.000 – 200.000 de ani. Cum explicam faptul ca 90% din viata de pe Pamant, are aproape aceeasi varsta? (in imagine, Truganini, in anul 1866 – ultima femeie aborigen din Tasmania).

Ultimul cataclism major care a facut sa dispara multe specii de pe Pamant s-a intamplat acum 65,5 milioane de ani, deci explicatia trebuie sa fie alta. Stoeckle spune ca poate “cea mai simpla interpretare este ca viata este intr-o permanenta evolutie”. Privind din aceasta perspectiva, o specie are o durata limitata de timp inainte ca aceasta sa evolueze in ceva nou sau sa dispara.

Evolutia

Genomul uman prezinta urme ale evolutiei. Progresele in secventierea ADN-ului, genomica functionala si modelarea genetica a populatiei ne-au imbunatatit intelegerea istoriei si a dinamicii populatiilor umane. Aceste progrese au dezvaluit, de asemenea, multi factori anterior subapreciati care influenteaza evolutia genomului uman, inclusiv schimbari functionale ale ADN-ului si histonei (proteine alcaline), mutatiile eterogene sau variatiile structurale.

Studiul evolutiei genomului uman este interesant pentru ca dezvaluie raspunsuri la intrebarile fundamentale despre originea umana si ne arata baza genetica ce ne da trasaturile specifice umane. (Sursa foto)

In ciuda unor progrese imense de la secventierea primului genom uman, exista inca multe lucruri pe care nu le intelegem despre evolutia genomului uman. Progresele recente statistice si experimentale si secventierea a mii de genomuri umane din diverse populatii au dezvaluit o complexitate semnificativa.

Poate ca cel mai dramatic rezultat in acest domeniu in ultimii ani a fost secventierea ADN-ului din hominidele arhaice, precum Neanderthalienii si Denisovienii. (In imagine, om cu turban din India – Sursa foto)

Suntem o specie tanara. Cele mai recente dovezi genetice si fosile sugereaza ca oamenii moderni au aparut in Africa de Est acum 200.000 de ani in urma, ceea ce inseamna extrem de putin, avand in vedere ca ne-am separat de genul Pan (din care fac parte cimpanzeii de azi) acum 6 milioane de ani. In doar 200.000 de ani oamenii s-au raspandit pe tot globul, depasind cu mult toate celelalte specii umane arhaice. Succesul nostru se datoreaza in mare parte caracteristicilor biologice complexe, incluzand un creier mai mare, mersul in doua picioare si modificarile morfologice craniofaciale si ale membrelor, care au aparut pe linia umana cu mult inainte de aparitia oamenilor moderni. Aceste adaptari au facilitat evolutia trasaturilor comportamentale unice ale omului, precum limbajul, care se datoreaza modificarilor secventei ADN aparute pe linie umana de la divizarea om-cimpanzeu. Identificarea acestor schimbari a devenit o prioritate majora a studiului geneticii si a genomicii umane.

Secventierea genomului cimpanzeului, macacus rhesus, dar si a altor genomuri de primate a facut posibila identificarea schimbarilor din ADN-ul uman folosind metode comparative.

Studii recente au incercat sa diferentieze schimbarile functionale critice utilizand diferite metode statistice pentru a identifica genele umane si secventele de reglare ale genei care prezinta o evolutie neasteptat de rapida. Rezultatele acestor analize cuprind un catalog al evolutiei specific umane la nivel molecular. Avand in vedere originea noastra recenta, diferentele care disting oamenii moderni de specia umana arhaica vor fi probabil un mic subset al tuturor diferentelor de secvente om-cimpanzeu.

Neanderthalienii au fost tinta primara a unor astfel de studii din mai multe motive. Neanderthalienii sunt rude apropiate ale oamenilor moderni si ambele specii au trait in Europa acum 40.000 de ani, indicand posibilitatea de imperechere. Mai multe studii recente au folosit o metoda de abordare metagenomica cuplata cu secventierea paralela pentru a obtine secventa genomica.

Au existat speculatii despre cea ce va dezvalui acest proiect, multe chiar fanteziste, cum ca s-ar putea folosi o secventa a genomului neanderthalian pentru a aduce specia la viata.

Suntem singura specie din genul Homo ramasa in viata si prin urmare, nu stim daca Neanderthalienii sau celelalte rude disparute impartasesc capacitatea noastra de inovatie, rationament abstract sau limba. A trebuit sa facem speculatii pe baza anatomiei, a asezarilor si a artefactelor lasate in urma. (Sursa foto)

Datorita similitudinii biologice intre oamenii moderni si neanderthalieni s-a ajuns la concluzia ca stramosul comun al celor doua specii a trait acum 300.000 – 700.000 de ani in urma. Liniile moderne umane si neanderthale au continuat pe traiectorii evolutive paralele dupa divergenta lor, cu decensentii unei ramuri migrand spre Europa si dand nastere Neandetalienilor, iar cealalta ramura ramanand in Africa – ramura din care avea sa aparem noi.

Colonizarea umana a Europei – acum circa 40.000 de ani – a adus din nou in contact aceste doua specii.

Insa cat de mult au avut in comun? Au fost oamenii moderni si neanderthalienii capabili sa se imperecheze? Si daca da, cat de mult a influentat felul in care noi aratam astazi?

Primii oameni moderni care au colonizat Europa aveau aceleasi capacitate cognitiva ca si oamenii de azi: au realizat picturi in pesteri, figurine si instrumente muzicale. Au avut cel mai probabil si capacitatea de a comunica verbal, indicand o capacitate umana moderna de abstractizare. Acest comportament simbolic nu era un fenomen nou; exista dovezi ca oamenii moderni faceau decoratiuni si au sculptat reprezentari abstracte in Africa cu cel putin 75.000 de ani in urma.

Nu stim daca Neanderthalienii aveau talente similare, insa au facut cu siguranta unelte si aveau creiere mai mari decat oamenii moderni. Nu stim nici daca comunicau prin limbaj, desi trasaturile anatomice ar fi permis vorbirea articulata.

Toate studiile privind ADN-ul de Neanderthal folosesc material obtinut din oase. Dupa cum este de asteptat, calitatea materialului genetic care poate fi recuperat din astfel de specimene este foarte slaba, deoarece ADN-ul se degradeaza in timp. In consecinta, majoritatea fosilelor descoperite nu ofera un ADN utilizabil.

Cand este prezent, ADN-ul genomic este recuperat in fragmente scurte iar continutul este degradat. Leziunile ADN-ului si contaminarea microbiana depind de conditiile ambientale: probele care au furnizat cel mai intact ADN sunt resturile de mamut recuperate din permafrost (din solurile inghetate). Niciunul dintre specimenele de Neanderthal descoperite pana acum nu se apropie de acest nivel de conservare.

Pe langa aceste provocari, specimenele devin frecvent contaminate cu ADN uman in timpul manipularii si extractiei a ADN-ului.

Neanderthalienii (in imagine – impresie artistica) sunt doar o mica parte din povestea noastra si poate distorsioneaza modul in care privim trecutul. S-a discutat daca Neanderthalienii sunt o specie separata. Avand in vedere complexitatea evenimentelor ar trebui mentinuta prudenta atunci cand se cauta legaturi intre populatia vie si cea fosila. In esenta, avem nevoie de modele bazate pe populatie – nu pe specii. Istoria biologica umana recenta este in centrul unei chestiuni de “microevolutie”.

Durata noastra de viata este mica si nu putem observa efectele evolutiei pe o perioada asa scurta de timp. Insa semnele evolutiei recente sunt raspandite in intreaga lume. Exista peste 700 de regiuni din ADN-ul uman care au avut parte de o selectie puternica, conducand la raspandirea unor gene legate de diferite caracteristici. Aceste mutatii s-au produs in ultimii 5.000 – 10.000 de ani, a spus Jonathan Pritchard, genetician implicat in realizarea unui studiu. Rezultatele sugereaza ca oamenii din diferite regiuni au continuat sa se adapteze in numeroase moduri la schimbarile de mediu si la inovatiile culturale.

Multe dintre modificarile genetice identificate de grupul Pritchard au aparut in timpul sau dupa aparitia agriculturii, incepand cu aproximativ 10.000 de ani in urma. Unele dintre genele cele mai puternic afectate de selectie au fost cele asociate cu culoarea pielii, structura osoasa si metabolismul.

Folosind datele recent disponibile, oamenii de stiinta au analizat la nivel genomic pentru a descoperi dovezi ale selectiei naturale in populatiile europene, asiatice si africane. Majoritatea genelor selectate au variat puternic intre cele 3 grupuri, sugerand ca oamenii s-au adaptat la presiuni specifice diferitelor parti ale lumii.

Istoria umana a trecut printr-o perioada de schimare destul de rapida. Dieta s-a schimbat considerabil, iar o data cu explorarea de noi lumi, expunerea la diferiti agenti patogeni dar si a unui nou climat, toti acesti parametri au contribuit la selectia naturala. De exemplu, schimbarile majore in dieta au avut loc in timp ce vanatorii-culegatori nomazi au asezat omenirea catre prosperitate si progres. Si anume, au decis sa creeze asezatii permanente si sa dezvolte agricultura.

(In imagine, aborigen din Tasmania). Primii agricultori traiau in niste insule umane artificiale pe care le izolau laborios de salbaticia din jur. Taiau paduri, sapau canale, curatau campuri, construiau case etc. Habitatul artificial rezultat era menit doar oamenilor si animalelor “lor”. Oamenilor le era dificil sa-si paraseasca insulele lor artificiale. Si pe buna dreptate, pentru ca pe atunci, majoritatea oamenilor erau inca nomazi si oricand produsele agriculturii sau animalele puteau fi furate.

Pritchard spune ca aceasta tranzitie a lasat o mostenire puternica asupra genelor asociate procesarii carbohidratilor si acizilor grasi. Cel mai clar exemplu este gena care permite digestia laptelui la varsta adulta. Printre europeni, ai carori stramosi s-au bazat pe produsele lactate, aceasta gena a devenit larg raspandita. Insa in cele mai multe alte populatii, gena este rara.

Evolutia continua

Oare specia umana se va desparti in mai multe specii? Raspunsul pare a fi negativ, deoarece omul a ocupat toate nisele ecologice posibile, din Antarctica pana la tropice si in plus, nu exista izolare geografica intre populatiile umane. Populatiile umane, oriunde s-au dezvoltat in ultimii 100 000 de ani, s-au imperecheat imediat cu alte populatii o data ce contactul a fost restabilit. Insa asta nu inseamna ca evolutia a incetat.

Bibliografie:
Despre toate, pe scurt – De la Big Bang la ADN, Bill Bryson, editura Polirom.
https://www.genome.gov/sequencingcosts/
http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/content/abstract/msp197v1
https://www.ashg.org/education/everyone_1.shtml
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4695266/
https://genome.cshlp.org/content/20/5/547.full.html

Foto: https://geneticliteracyproject.org, Filmul documentar „Human”.

Un hominid care a murit in urma cu 90.000 de ani a avut o mama Neanderthal si un tata Denisovan, conform analizei genomului extras dintr-un os descoperit intr-o pestera din Siberia. Este prima data cand s-a descoperit un individ apartinand doua grupuri umane distincte. Rezultatele studiului au fost publicate in revista Nature pe 22 august 2018.

“Descoperirea unei persoane de origine mixta este absolut incredibila”, spune geneticianul Pontus Skoglund de la Institutul Francis Crick din Londra.

Echipa condusa de paleontologii Viviane Slon si Svante Paabo de la Institutul Max Planck din Leipzig, Germania, a efectuat analiza genomului dintr-un singur fragment de os descoperit in Pestera Denisova din Multii Altai, din Rusia. Numele Denisovanilor provine de la denumirea pesterii Denisova unde au fost descoperite primele fosile. Insa regiunea Altai a fost, de asemenea, populata si de Neanderthalieni.

Avand in vedere variatia genetica a oamenilor moderni si primii oameni, geneticienii stiau deja ca si Denisovienii si Neanderthalii au convietuit impreuna – de asemenea si cu Homo sapiens. Insa pana acum nimeni nu a gasit descendenti de prima generatie avand astfel de legaturi.

Echipa lui Paabo a descoperit pentru prima data ramasitele lui Denny acum cativa ani, uitandu-se printr-o colectie de peste 2000 de fragmente osoase neidentificate. Au folosit datarea cu radiocarbon pentru a determina ca osul a apartinut unui hominid care a trait cu mai mult de 50.000 de ani in urma (limita superioara a tehnicii de datare cu radiocarbon, iar analiza genetica ulterioara a estimat ca individul a trait acum 90.000 de ani). Apoi au secventiat ADN-ul mitocondrial al specimeniului si au comparat datele cu secventele altor oameni primitivi. Aceasta analiza a aratat ca ADN-ul mitocondrial al specimenului provenea dintr-un Neanderthal.

Insa era doar jumatate din imaginea intreaga. ADN-ul mitocondrial este mostenit de la mama si reprezinta doar o singura linie de mostenire, lasand necunoscuta identitatea tatalui si stramosii acestuia.

In ultimul studiu, echipa a incercat sa obtina o intelegere mai clara a stramosilor prin secventierea genomului si comparand variatia ADN-ului cu cea a unui Neanderthal, a unui Denisovan, ambele descoperite tot in pestera Denisova si cu ADN-ul unui om din Africa. Aproximativ 40% din ADN s-au potrivit cu ADN-ul de Neandethal – dar alte 40% au corespuns cu cel Denisovan. Prin secventierea cromozomilor, cercetatorii au stabilit de asemenea ca fragmentul provine de la o femeie, iar grosimea osului sugereaza ca avea o varsta de cel putin 13 ani atunci cand a murit.

Avand un ADN similar cu ADN-ul Denisovanilor si Neanderthalilor in proportii egale, specimenul parea sa aiba un parinte Denisovan iar celalalt Neanderthal. Dar exista si o alta posibilitate: parintii lui Denny ar fi putut apartine unei populatii de hibrizi Denisovan-Neanderthal, adica Denny sa nu fi fost prima generatie rezultata dintr-un Denisovan si un Neanderthal.

Pentru a determina care dintre aceste posibilitati este mai probabila, cercetatorii au examinat diferentele dintre genomurile de Neanderthal si Denisovan. In peste 40% din cazuri, un fragment de ADN se potrivea cu genomul de Neanderthal, in timp ce altul se potrivea cu cel Denisovan. Asta arata clar ca Denny descinde dintr-un parinte Denisovan si unul Neanderthal.

Harris spune ca intalnirile dintre Neanderthali si Denisovani ar fi putut fi destul de frecvente. Acest lucru ridica o intrebare interesanta: daca Neanderthalii si Denisovanii s-au imperecheat frecvent, de ce au ramas cele doua populatii de hominide distincte din punct de vedere genetic pentru cateva sute de mii de ani? Harris sugereaza ca urmasii Neandethal-Denisovan au fost infertili sau aveau alte probleme biologice, impiedicand astfel combinarea celor doua specii.

„Intalnirile dintre Neanderthali si Denisovani ar fi putut avea si unele avantaje, chiar daca exista alte costuri”, spune Chris Stringer, un paleoantropolog de la Muzeul de Istorie Naturala din Londra. Neanderthalii si Denisovanii nu erau atat de similari din punct de vedere genetic precum sunt rasele umane de astazi si astfel incrucisarea ar fi putut oferi o modalitate de “completare” a propriilor genomi cu putina variatie genetica suplimentara.

Studiul ridica, de asemenea, intrebari cu privire la modul cum se intampla imperecherea intre diferite grupuri umane – de exemplu, daca au fost sau nu consensuale.

Cu o mama Neanderthal si un tata Denisovan, cum ar trebui sa numim noul specimen? “Evitam sa mentionam cuvantul hibrid”, spune Paabo. Termenul implica ca cele doua grupuri sunt specii distincte, in timp ce, in realitate, limitele intre ele nu sunt bine conturate.

“Definirea unei specii noi nu este intotdeauna clara”, spune Harris si este interesant sa vedem dezbateri cu privire la cum este aplicata clasificarea organismelor, dar de data asta, aplicata oamenilor.

Lucrarea poate fi citita aici: https://www.nature.com

Expresia latină “creatio ex nihilo” înseamnă “creație din nimic” și ține în mare parte de domeniul teologiei, filozofiei și mitologiei datorită principiului întâi al termodinamicii, care este de fapt o particularizare a legii conservării energiei la procesele în care intervine mișcarea termică a materiei.

Acest principiu spune că energia nu poate fi nici creată, nici distrusă.

Cum influențează acest principiu materia? Albert Einstein a argumentat că materia și energia sunt interschimbabile. Materia ocupă spațiu, are masă și compune cea mai mare parte din universul vizibil. Energia, pe de altă parte, are forme multiple și este, în esență, forța care face ca lucrurile să se întâmple. Conform lui Einstein și a primei legi a termodinamicii, în univers există o cantitate fixă de energie și materie.

Atunci când se ciocnesc doi protoni în acceleratorul de particule “Large Hadron Collider”, aceștia se rup în particule subatomice numite quarcuri și gluoni (particulă elementară care intermediază interacțiile tari dintre quarcuri). Chiar și atunci când materia și antimateria se anihilează, se produce energie, sub formă de fotoni.

Dacă am construi o moleculă din atomi, practic nu am crea materie. Un atom este materie – dar așa sunt și particulele subatomice din interiorul lui. Este ca și cum am lua făină și am folosi-o pentru a face o prăjitură. De fapt luăm un produs alimentar și realizăm din el un alt produs alimentar mai complicat.

Însă se poate crea materie, dar nu din nimic, ci din energie. Pentru a crea materie într-un mod care să adere la principiul întâi al termodinamicii, trebuie să convertim energia în materie. Aceasta conversie a avut loc și acum 13 miliarde de ani, la o scară cosmică, in momentul Big Bang-ului. Big Bang-ul a constat în întregime din energie iar materia a apărut odată cu răcirea rapidă.

În laborator, crearea materiei implică o reacție de perechi, numită așa deoarece transformă un foton într-o pereche de particule: un electron și un pozitron. Atunci când electronii se deplasează într-un câmp electric puternic se generează radiații gamma, deoarece o mare parte din energia acestora este convertită în radiații electromagnetice. Fotonii de mare energie care rezultă în acest mod interacționează cu fasciculele laser și generează perechi electron-pozitron. Într-un sens mai larg, putem spune că procesul invers al anihilării particulelor poate fi numit crearea de materie.

Atunci când un pozitron cu o energie redusă se ciocnește cu un electron de joasă energie, are loc procesul de anihilare electron-antielectron, generându-se doi fotoni din spectrul radiațiilor gamma. Acest proces are loc conform principiului echivalenței masă-energie al lui Albert Einstein.

Datorită legii de conservare a impulsului, nu poate apare o pereche de fermioni (particule de materie) dintr-un singur foton. Totuși, crearea materiei este permisă de aceste legi în prezența unei alte particule (alt boson sau chiar a unui fermion) care poate împărți impulsul fotonului primar. Astfel, materia poate fi creată din doi fotoni.

Legea conservării energiei stabilește o energie minimă a fotonilor necesară pentru crearea unei perechi de fermioni: această energie minimă trebuie sa fie de cel puțin 2m_ec² = 2 × 0.511 MeV = 1.022 MeV (m_e este masa unui electron, c – viteza luminii în vid, eV – electronvolt). Crearea unei perechi mult mai masive, precum un proton și un antiproton, necesită fotoni cu o energie mai mare de 1,88 GeV.

Primele calcule referitoare la coliziunile foton-foton au fost efectuate de Lev Landau în 1934.

În acceleratoarele de particule s-au produs o varietate de particule elementare exotice. Deci, da, oamenii pot crea materie. Putem transforma lumina în particule subatomice, dar nu putem crea ceva din nimic.

Bibliografie:

Ferlic, Kenneth. „The Phenomenon of Pair Production.” 2006.(July 14, 2010)

În cartea și filmul Îngeri și Demoni, profesorul Langdon încearcă să salveze orașul Vatican de o bombă cu antimaterie. În Star Trek, Enterprise folosește antimateria pentru a călători mai repede decât viteza luminii. Dincolo de științifico-fantastic, antimateria este reală. Particulele de antimaterie sunt aproape identice cu omologii lor de materie, cu excepția că antimateria are o sarcină opusă particulei de materie și spin diferit.

Atunci când o particulă intră în coliziune cu antiparticula sa, cele două se anihilează, emițând raze gamma, fotoni de înaltă energie.

Chiar dacă bombele cu antimaterie și navele spațiale alimentate cu antimaterie țin doar de science fiction, există multe aplicații reale ale antimateriei.

Antimateria ar fi trebuit să anihileze toată materia în univers după Big Bang.

Big Bang-ul ar fi trebuit să creeze materie și antimaterie în cantități egale. Atunci când materia și antimateria se întâlnesc, se anihilează, lăsând în urmă doar energie. Deci, în principiu, nici unul dintre noi nu ar fi trebuit să existe.

Dar noi existam pentru că, în final, a existat o particulă de materie în plus pentru fiecare miliard de perechi de materie-antimaterie. Fizicienii încearcă să explice această asimetrie.

Antimateria este mai aproape de tine decât crezi.

Cantități mici de antimaterie continuă să cadă constant pe Pământ sub formă de raze cosmice. Aceste particule de antimaterie ajung în atmosfera noastră într-o cantitate de una până la 100 de particule pe metru pătrat. Oamenii de știință au observat, de asemenea, dovezi ale producției de antimaterie deasupra furtunilor.

Dar alte surse de antimaterie sunt chiar mai aproape de casa noastră. De exemplu, bananele produc antimaterie, eliberând un pozitron (antielectron) – echivalentul antimateriei a unui electron – la fiecare 75 de minute. Asta se întâmplă deoarece bananele conțin o cantitate mică de potasiu-40. Deoarece Potasiul-40 se dezintegrează, în timpul procesului scapă un pozitron. Și nu doar în banane găsim Potasiu-40, ci și în corpul nostru.

Oamenii au creat doar o cantitate mică de antimaterie

Anihilarea materiei-antimaterie are potențialul de a elibera o cantitate imensă de energie. Un gram de antimaterie ar putea produce o explozie de dimensiunea unei bombe nucleare. Cu toate acestea, oamenii au produs doar o cantitate infimă de antimaterie.

Toți antiprotonii creați la acceleratorul de particule Tevatron cântăresc doar 15 nanograme. La CERN s-au produs aproximativ 1 nanogram de antiprotoni.

Toată antimateria realizată de oameni nu ar fi suficientă pentru a încălzi o ceașcă de ceai. Problema constă în eficiența și costul producerii și stocării antimateriei. Un gram de antimaterie necesită aproximativ 25 de milioane de miliarde de kilowați-oră de energie și un cost de peste 1 milion de miliarde de dolari.

Există capcane de antimaterie

Pentru a studia antimateria, aceasta trebuie împiedicată să intre în contact cu materia. Oamenii de știință au creat modalități pentru a face asta. Particulele de antimaterie, precum pozitronii și antiprotonii, pot fi ținute în dispozitive numite capcane Penning. Acestea sunt asemănătoare cu acceleratoarele de particule mici. În interior, particulele se învârt în jurul lor, iar câmpurile magnetice și electrice le împiedică să se ciocnească cu pereții “capcanei”.

Însă capcanele Penning nu funcționează asupra particulelor neutre, cum ar fi antihidrogenul, deoarece sunt particule fără sarcină electrică. În schimb, pot fi suspendate în capcane Ioffe (capcane magnetice), care crează o regiune din spațiu în care câmpul magnetic devine treptat mai mare în toate direcțiile. Astfel particula rămâne blocată în centru, în zona cu cel mai slab câmp magnetic, asemănător cu o bilă care rămâne în partea de jos a unui bol rotund.

Gravitația ar putea avea efect și asupra antimateriei

Particulele de materie și antimaterie au aceeași masă, dar au proprietăți diferite, cum ar fi sarcina electrică și spinul. Modelul standard prezice că gravitația ar trebui să aibă același efect asupra materiei cât și antimateriei; totuși, acest lucru nu a fost încă observat. Experimentele AEGIS, ALPHA și GBAR sunt în căutarea unui răspuns.

Observarea efectului gravitației asupra antimateriei nu este la fel de ușoară precum observarea căderii unui măr dintr-un copac. Aceste experimente trebuie să mențină antimateria suspendată sau să o încetinească prin răcirea acesteia la temperaturi aproape de zero absolut. Și pentru că gravitația este cea mai slabă dintre forțele fundamentale, fizicienii trebuie să folosească particule neutre de antimaterie pentru a preveni interferența cu forțele electrice mai puternice.

Antimateria este studiată în deceleratoarele de particule

CERN găzduiește o mașină numită “decelerator de antiprotoni”, un inel de stocare care poate capta și încetini antiprotoni pentru a studia proprietățile și comportamentul.

Neutrinii ar putea fi propriile lor antiparticule

O particulă de materie și partenera sa de antimaterie au sarcini electrice opuse, făcându-le ușor de distins. Neutrinii, particule aproape fără masă, care rareori interacționează cu materia, nu au sarcină. Oamenii de știință cred că neutrinii ar putea fi particule Majorana, o clasă ipotetică de particule în care acestea sunt și propriile lor antiparticule.

Proiecte precum “Majorana Demonstrator” și “EXO-200” au scopul de a determina dacă neutrinii sunt particule Majorana, căutând un comportament denumit dublă dezintegrare beta-neutrino.

Unele nuclee radioactive se dezintegrează simultan, eliberând doi electroni și doi neutrini. Dacă neutrinii ar fi propriile lor antiparticule, ei s-ar anihila unul pe celălalt, iar oamenii de știință ar observa doar electroni.

Descoperirea neutrinilor Majorana ar putea explica de ce există o asimetrie între cantitatea de materie și antimaterie de astăzi. Ipoteza spune că particulele Majorana pot fi grele sau ușoare. Cele ușoare există astăzi, iar cele grele au existat imediat după Big Bang. Neutrinii mari s-au dezintegrat asimetric, ducând la excesul de materie care a permis universului nostru să existe.

Antimateria este folosită în medicină

TEP (tomografia cu emisie pozitronică) folosește pozitroni pentru a produce imagini de înaltă rezoluție ale corpului. Izotopii radioactivi (precum cei găsiți în banane) se atașează substanțelor chimice precum glucoza care sunt utilizate în mod natural de către organism. Acestea sunt injectate în sânge, unde sunt dezintegrate, eliberând pozitroni ce sunt anihilați când întâlnesc electronii. Anihilarea produce raze gamma ce sunt folosite pentru a construi imaginile.

Oamenii de știință de la CERN din proiectul ACE au studiat antimateria ca potențial candidat pentru terapia cancerului.

Antimateria care ar fi trebuit să ne împiedice existența ar putea exista încă

O modalitate prin care oamenii de știință încearcă să rezolve problema asimetriei este de a căuta antimateria rămasă în urma Big Bang-ului.

Pe Stația Spațială Internațională există în partea de sus montat un detector de particule numit AMS (Alpha Magnetic Spectrometer). Acest detector poate separa materia de materie și identifică particulele în timp ce trec prin detector.

Coliziunile razelor cosmice produc pozitroni și antiprotoni, dar probabilitatea de a crea un atom de antiheliu este extrem de scăzută din cauza cantității mari de energie de care va avea nevoie. Asta înseamnă că observarea chiar și a unui singur nucleu de antiheliu ar fi o dovadă puternică pentru existența unei cantități mari de antimaterie în altă parte a Universului.

Oamenii studiază cum să realizeze nave spațiale folosind antimaterie

Doar o mână de antimaterie poate produce o cantitate imensă de energie. Propulsia rachetelor cu ajutorul antimateriei este posibilă ipotetic; limitarea majoră constă în obținerea unei cantități de antimaterie suficiente pentru a face acest lucru.

În prezent, nu există tehnologia necesară pentru producerea în cantități mari sau stocarea ei. Cu toate acestea, Ronan Keane și Wei-Ming Zhang, au efectuat studii cu privire la propulsia și stocarea antimateriei. Într-o zi, dacă găsim o modalitate de a crea sau a colecta cantități mari de antimaterie, studiile lor ar putea face ca navele spațiale bazate pe antimaterie și călătoriile interstelare sa devină realitate.

Traducere și adaptare dupa Symmetry Magazine.

Atunci când unii oameni se gândesc la evoluție, își imaginează că un organism evoluează într-un alt tip – precum peștii în animale terestre sau primele primate în oameni. Cu toate acestea, pentru oamenii de știință, evoluția înseamnă ceva mai subtil: frecvența apariției anumitor variații genetice în cadrul unei populații. Și – într-un alt contrast cu ideea populară despre evoluție – astfel de schimbări sunt determinate de mulți factori, nu doar de selecția naturală: mutațiile, migrația și șansele sunt mecanisme ale evoluției.

O problemă a devenit foarte controversată în acest domeniu: care sunt procesele de evoluție care duc la apariția de noi specii? Genetica ne poate explica evoluția speciilor, chiar și a acelor specii care au dispărut deja; oamenii de știință se bazează pe fosile pentru a compara ADN-ul rudelor în viață cu ADN-ul speciilor dispărute.

De ce apar noi specii?

Se pare că există cel puțin o condiție necesară pentru apariția unei specii: un anumit grad de separare între populațiile unei specii existente. Aceasta poate fi o separare fizică – o barieră geografică, cum ar fi o zonă montană sau o izolare pe o insulă – sau poate fi una ce ține de dietă sau preferințe diferite de împerechere. De-a lungul timpului, mutațiile ADN-ului în cadrul a două populații diferite vor face în cele din urmă dificilă sau imposibilă împerecherea dintre doi indivizi aparținând acestor două populații – și astfel, vor deveni specii diferite.

Cazuri ale acestui fenomen sunt abundente. Atunci când muștele de fructe sunt ținute în incinte separate într-un laborator, muștele din grupuri diferite în cele din urmă ajung să nu mai fie capabile să se încrucișeze sau să producă descendenți unul cu celălalt. Exemplul Darwinian de speciație este cinteza din Insulele Galapagos. În acest caz, separarea ține atât de dietă cât și de mediu și a condus la apariția unor specii diferite, cu ciocul diferit, reflectând adaptări la dieta lor individuală.

În ultima epocă glaciară, multe populații de animale din Europa au devenit izolate din punct de vedere geografic atunci când s-au refugiat în alte regiuni mai calde. Atunci când ghețarii s-au topit, în urmă cu aproximativ 10.000 de ani, populațiile care au fost separate în tot acest timp au intrat din nou în contact, deoarece acum puteau să migreze și să repopuleze continentul. Dar datorită separării lor timp de mai multe mii de ani, populațiile au dobândit câteva variante genetice specifice fiecăruia, ceea ce a făcut mai greu ca acestea să se poată reproduce din nou.

De exemplu, așa s-a întâmplat cu cioara europeană (Corvus corone) în perioada erei glaciare, când au apărut două tipuri vizibil diferite: corbul cornus (Corvus corone corone) în vest și cioara grivă (Corvus corone cornix) în est. Astăzi, în Italia, unde se întâlnesc ciori de ambele tipuri, cele două specii se pot împerechea și pot da naștere puilor, deși cu un succes mai mic decât în cadrul propriei populații. Analizând genomul ciorilor din zona hibridă și comparându-le cu genomii celor două specii, oamenii de știință au reușit să identifice secvențe de ADN care sunt găsite într-o populație dar nu și în cealaltă.

Procesele moleculare studiate de zeci de ani evidențiază natura universală a proceselor evolutive. Aceste procese nu diferă de cele care apar la microorganisme – precum la virusul Ebola. Principalul factor care separă aceste exemple este timpul: gradul de schimbare genetică care a avut loc în Ebola de-a lungul a câțiva ani a durat mii de ani la păsări. În cazul ciorilor sau a cintezelor, aceste mutații duc în cele din urmă la o incompatibilitate din punct de vedere reproductiv și, astfel, la o nouă specie.

Distribuția speciilor

Diversitatea vieții este uluitoare. Aproximativ 250.000 de specii de plante, 100.000 de specii de ciuperci și 1 milion de specii de animale au fost descrise și clasificate, fiecare ocupând propria nișă ecologică; iar recensământul este departe de a fi complet. Unele specii, precum oamenii, pot trăi aproape oriunde pe Pământ. Altele sunt uimitor de adaptate doar locului unde trăiesc. De exemplu, gândacii Aphaenops cronei sunt găsiți numai în unele peșteri din sudul Franței. Musculița Drosophila carcinophila trăiește doar pe anumite insule din Caraibe. Aproximativ 2000 de specii din genul Drosophila se găsesc acum în întreaga lume și aproximativ un sfert dintre acestea trăiesc numai în Hawaii.

Insulele sunt adevărate ateliere naturale ale evoluției. Peste 1000 de specii de melci și alte moluște se găsesc doar în Hawaii. Insulele Hawaii sunt departe de continent și pe baza dovezilor geologice nu au fost niciodată alipite de continent. Primii colonizatori n-au găsit nicio specie de mamifere aici, cu excepția unei specii de lilieci. Insulele Hawaii nu sunt mai puțin primitoare decât alte părți ale lumii, dar multe specii de organisme nu au ajuns niciodată pe acestea datorită izolării geografice.

Dacă evoluția este reală, de ce nu mai evoluăm și astăzi?

Evoluția este un proces extrem de lent pentru a putea fi observată de-a lungul a câtorva generații, dar este totuși vizibilă dacă știm unde să ne uităm. De exemplu, bacteriile devin rezistente la antibiotice, dar acestea au și o viteză de multiplicare foarte mare; la fiecare 20 de minute apare o nouă generație. (Credit foto: Don Smith / Alamy)

Nici noi nu suntem scutiți de mutații. Climatul ne-a modelat nasul, schimbarea dietei a dus la toleranță la anumite alimente, am căpătat protecție împotriva anumitor infecții, inuiții s-au adaptat la temperaturi extrem de scăzute, iar calugării tibetanii la aerul mai sărac în oxigen din munții Himalaya.

De la dinozauri la păsări și înapoi

Evoluția păsărilor din dinozauri a fost un proces continuu, fără schimbări bruște. Dacă un paleontolog ar putea să călătorească în timp și să poată urmări evoluția păsărilor din ultimii 100 de milioane de ani, nu ar observa niciun moment sau eveniment special să poată spune cu certitudine unde se opresc dinozaurii și de unde încep păsările.

Astfel de schimbări evolutive a speciilor sunt uneori numite “macroevoluție”, spre deosebire de modificările genetice pe care le putem observa în cadrul unei specii (uneori numită “microevoluție”). Din nefericire, această dihotomie sugerează că există două tipuri diferite de evoluție sau că evoluția este condusă de mecanisme diferite în macroevoluție față de microevoluție. Dar este fals, deoarece atât macroevoluția cât și microevoluția se bazează pe aceleași mecanisme. Există doar o evoluție, determinată de mutație, migrație, selecție și poate și șansă.

Bibliografie:
https://www.scienceinschool.org
http://journals.plos.org
https://www.medicalnewstoday.com
Foto: Adam Fenster / Reuters

Nu toate elementele din tabelul periodic au fost create în universul timpuriu, după Big Bang. De fapt, la începutul universului au fost create doar câteva elemente chimice: hidrogenul, heliu și într-o cantitate mai mică, litiul, dar și câțiva izotopi (precum deuteriul, un izotop de hidrogen).

Primii atomi

Big Bang-ul nu a putut produce atomi mai grei decât litiul datorită unei probleme: absența unui nucleu stabil cu 8 sau 5 nucleoni. Acest deficit de atomi mai mari a limitat cantitățile de litiu-7 produse în timpul nucleosintezei. În stele, acest blocaj este depășit datorită setului de reacții numit “procesul triplu-alfa” în care trei nuclee de heliu-4 sunt transformate în carbon (număr atomic 8).

Atunci când Universul s-a extins, materia a început să se răcească. Deoarece temperatura este o unitate de măsură a energiei, sau a vitezei cu care se agită atomii, aceasta răcire a universului a avut un efect important: la temperaturi foarte înalte, particulele se mișcă atât de repede încât acestea pot scăpa de orice atracție, dar o data cu răcirea universului (deci cu scăderea energiei), protonii și neutronii nu au mai avut suficientă energie pentru a scăpa de atracția forței nucleare tari și au putut să formeze atomii de deuteriu (izotop de hidrogen).

Universul era o plasmă opacă. După 47.000 de ani, în timp ce se răcea, universul începea să fie dominat mai degrabă de materie decât de radiații. Universul devenea în sfârșit suficient de rece pentru ca atomii neutri să se recombine. În perioada numită “Dark age”, ce a durat de la 377.000 de ani până la aproximativ 1 miliard de ani după Big Bang, norii de hidrogen au început încet să colapseze sub forța gravitației.

În următorul milion de ani, universul a continuat să se extindă, fără a se întâmpla prea multe. Universul a continuat să se răcească, dar, în regiunile unde materia era mai concentrată, expansiunea a fost încetinită de atracția gravitațională. Aceasta a oprit în cele din urma expansiunea și a făcut ca materia să sa se rotească ușor, dând naștere într-un final galaxiilor și a stelelor.

Cele mai simple elemente chimice

Fiecare element chimic are un număr unic de protoni (particule subatomice cu sarcină pozitivă) și neutroni (fără sarcină electrică). Toți atomii conțin neutroni, cu excepția unuia: atomul de hidrogen. Hidrogenul este cel mai simplu element chimic având un singur proton și un singur electron (sarcină electrică negativă), ceea ce explică și faptul de ce este cel mai abundent în Univers. Abundența unui element chimic scade exponențial cu greutatea atomică.

Numărul atomic al unui element chimic este de fapt numărul de protoni din respectivul element. De exemplu, aurul are numărul atomic 79. Acest lucru ne spune că un atom de aur are 79 de protoni în nucleul său. Ceea ce este interesant, este că fiecare atom de aur conține 79 de protoni. Dacă un atom nu are 79 de protoni, acesta nu poate fi un atom de aur. Adăugarea sau eliminarea protonilor din nucleul unui atom creează un element chimic diferit. De exemplu, îndepărtarea unui proton dintr-un atom de aur va crea un atom de platină, iar adăugarea unui proton va crea unul de mercur.

Numărul neutronilor este în general egal cu numărul protonilor. Dacă numărul de neutroni diferă de numărul de protoni, spunem despre acel element că este un izotop.

Toate elementele mai grele decât litiul (în imagine) au fost create mult mai târziu, în stele, prin nucleosinteză. În interiorul stelelor, atomii de hidrogen fuzionează pentru a crea atomii de heliu (având doar 2 protoni, 2 neutroni și 2 electroni) – al doilea element cel mai comun în Univers. Împreună, heliul și hidrogenul formează aproximativ 98% din materia cunoscută în Univers.

Oxigenul este cel de-al treilea element din punct de vedere al abundenței, însă într-o cantitate de aproximativ 1000 de ori mai mică decât hidrogenul. Atomul de oxigen conține 8 protoni și 8 neutroni. Practic, cu cât numărul atomic este mai mare, cu atât elementul chimic este mai rar găsit.

Compoziția Pământului este însă diferită, de exemplu, oxigenul este cel mai abundent element chimic după greutate (46%), urmat de siliciu (28%), aluminiu (8,2%), fier (5,6%), calciu (4,2%), sodiu (2,5%), magneziu (2,4 %), potasiu (2 %) și titan (0,61 %). Restul elementelor există pe Terra într-un procent de sub 0,15%. În corpul uman, cel mai comun element chimic este oxigenul, urmat de carbon și hidrogen.

Cele mai grele elemente chimice

Primele 94 de elemente chimice din tabelul periodic, până la plutoniu, apar în mod natural. Elementele chimice care au mai mult de 94 de protoni au fost create artificial. Deși tabelul periodic conține 118 tipuri de atomi, este posibil ca numărul lor să crească în viitorul apropiat.

Deoarece protonii au o sarcină pozitivă, aceștia au tendința să se respingă. Ceea ce ține protonii și neutronii laolaltă este o forță misterioasă numită interacțiunea tare, care este de 100 de ori mai puternică decât forța electromagnetică. Un atom cu peste 94 de protoni este extrem de instabil și se dezintegrează foarte rapid. Cel mai greu atom realizat în laborator este Oganesson și are 118 protoni și o durată de viață de 0,89 milisecunde.

Distribuția elementelor chimice

Sistemul nostru solar este rezultatul colapsului gravitațional al unei mici părți de nor gigantic. Compoziția sistemului nostru solar este asemănătoare cu alte sisteme din vecinătatea noastră, însă există mici variații în cantitățile de hidrogen și heliu pe de-o parte, și carbon și elemente mai grele, pe de altă parte. Hidrogenul și heliul sunt “relicve” ale Big Bang-ului în timp ce elementele mai grele rezultă din reacțiile nucleare din stele.

Carbonul și elementele mai grele tind să fie mai prezente în centrul galaxiilor mari (precum galaxia noastră) decât la periferia lor sau în galaxii mici.

În cazul elementelor mai ușoare decât fierul (masă atomică 56), fuziunea nucleară eliberează energie în timp ce fisiunea o consumă. Elementele precum fierul sau mai grele decât fierul, fuziunea nucleară consumă energie iar fisiunea nucleară o eliberează. Elementele chimice până la fier sunt produse în nucleosinteza stelară obișnuită, în timp ce elementele mai grele sunt produse numai în nucleosinteza supernovelor.

Distribuția și cantitățile elementelor chimice se schimbă în timp. Abundența anumitor elemente chimice sunt precum ridurile de pe fețele noastre, un fel de ceas galactic care arată cât mai are de trăit un sistem. Există o relație între vârsta unei stele și abundența fierului: în medie, stelele vechi conțin mai puțin fier decât cele tinere. Pe de altă parte, abundența elementelor chimice precum fierul sau alte elemente mai grele crește în mediul interstelar o dată cu timpul, o dată cu trecerea mai multor generații de stele.

Ciclul organic – materia vie

Materia vie este capabilă să își obțină elementele chimice necesare și să se reproducă. Aceste condiții sunt probabil universale, indiferent de mediul în care trăiește. Pe Pământ, ciclul organic include cele 11 elemente: H, C, N, O, Na, Mg, P, S, CI, K și Ca, care formează cea mai mare parte a materiei vii. Toate aceste elemente chimice au un număr atomic mic și aparțin celor mai mici 20 de elemente ale tabelului periodic. Aceste elemente sunt, de asemenea, cele mai abundente în Univers.

Cele mai puțin necesare dintre elementele ușoare, excluzând gazele nobile, sunt Li, Be, B (borul este esențial pentru unele plante) și Al. În plus, există o serie de elemente care au fost recunoscute ca esențiale pentru animalele cu sânge cald: F, Si, V, Cr, Mo, Fe, Ni, Cu, Zn, Se, Mo, Sn, I și W. Niciun element dincolo de tungsten (număr atomic 74) nu s-a arătat ca ar avea vreo utilitate din punct de vedere biologic.

Datele observate în regiunea noastră cosmică sunt atribuite principiului antropic. Adică observațiile din universul fizic trebuie să fie compatibile cu viața conștientă care le observă. Poate că universul este așa cum este pentru că dacă ar fi fost altfel, n-am mai fi aici pentru a-l observa.

Norii interstelari sunt adevărate fabrici de elemente grele. Foarte multe molecule utilizate în biochimie se găsesc în mediul interstelar, în alte atmosfere, pe alte planete, comete, asteroizi și meteoriți. Viața așa cum o știm, (H-C-N-O), poate apărea oriunde condițiile îi permit. Procesul primordial care transformă norii enormi de praf cosmic în planete a fost observat recent. O protoplanetă ce se află în jurul stelei LkCa15, la o distanță de 450 de ani lumină, ar putea fi un nou Pământ. Pe lângă aceasta, alte mii de planete au fost observate în locații unde viața ar putea să existe.

Bibliografie:
https://www.livescience.com
https://arxiv.org
http://www.chemeurope.com
https://en.wikipedia.org

Este greu să ne imaginăm o lume fără culori pentru că pur și simplu, culorile sunt peste tot în jurul nostru. Toată materia este alcătuită din atomi, dar te-ai întrebat vreodată, dacă atomii au culoare? Răspunsul depinde de felul cum definim cuvântul „culoare”. Culoarea se referă la lumina vizibilă cu o anumită frecvență sau o combinație de frecvențe. Lumina este o sursă de radiații electromagnetice de diferite lungimi de undă și intensități, adică, o suprapunere de radiații monocromatice. Lumina atunci când e prezentă, o putem descrie ca având o anumită culoare și intensitate.

Reflecție, refracție și absorbție

Noi vedem obiectele datorită reflecției, refracției si absorbției luminii de către respectivele obiecte. Aceste trei efecte fac parte din același mecanism fizic: interacțiunea unui fascicul de lumină extern cu mai mulți atomi în același timp. Atunci când lumina albă, care conține toate culorile, atinge suprafața unui măr roșu, undele portocalii, galbene, verzi și albastre sunt absorbite de atomii din coaja mărului și se transformă în căldură, în timp ce undele roșii sunt reflectate în cea mai mare parte înapoi, către ochii noștri.

Reflecția, refracția și absorbția constituie un fenomen în care fiecare fascicul de lumină interacționează cu zeci până la milioane de atomi în același timp. Acest lucru se datorează faptului că lumina vizibilă are o lungime de undă care este aproximativ de 1000 de ori mai mare decât un atom. Un fascicul de lumină are o lungime de undă de la 400 nanometri până la 700 nanometri, în funcție de culoare, iar atomii au o lățime de aproximativ 0,2 nanometri. Această diferență este motivul pentru care nu putem vedea un singur atom utilizând un microscop optic. Atomii sunt mult mai mici decât grosimea unui fascicul de lumină folosit pentru a observa un atom.

Culoarea unui obiect care rezultă din reflexia în masă, refracția și absorbția este, prin urmare, rezultatul modului în care mai mulți atomi sunt legați împreună și aranjați, și nu un rezultat al culorii reale a atomilor individuali. De exemplu, dacă luăm niște atomi de carbon putem obține un diamant incolor, dar dacă schimbăm legăturile dintre aceeași atomi de carbon putem obține grafit. Felul cum atomii crează legături determină culoarea unui material, nu tipul atomului.

Culoarea obiectelor din jurul nostru este dată de reflexia în masă, refracția și absorbția. Acest mecanism este atât de comun și intuitiv încât am putea crede ca este normal ca orice obiect să aibă o culoare. Dar un singur atom este prea mic pentru a avea o culoare.

Radiația termică

Dacă încălzim suficient de mult o bară de fier, aceasta se va înroșii. Prin urmare, am putea spune că o bară de fier fierbinte este roșie. Însă culoarea roșie se datorează radiației termice, care este un mecanism diferit de reflecția în masă, refracția și absorbția. În mecanismul de radiație termică, atomii unui obiect se agită atât de puternic încât emit lumină. Mai exact, coliziunile fac ca electronii și atomii să treacă la stări de energie mai mari, iar apoi electronii și atomii să emită lumină când trec înapoi în stări de energie mai mici. Interesant este că, culoarea sa este mai mult rezultatul temperaturii obiectului și ține mai puțin de tipul materialului. Fiecare material solid va înroșii dacă îl încălzim la temperatura potrivită pentru a reacționa chimic.

Radiația termică este deci o proprietate emergentă a interacțiunii a mai multor atomi. Ca atare, un singur atom nu poate emite radiații termice, deci nu poate avea o culoare.

Dispersia Rayleigh

Dispersia Rayleigh este numită astfel după fizicianul britanic Lord Rayleigh și se referă la împrăștierea elastică a luminii de către particule de dimensiuni mult mai mici decât lungimea de undă a radiației (de exemplu atomi sau molecule). Culoarea albastră a cerului senin se datorează împrăștierii Rayleigh a luminii solare în atmosfera Pământului. Câmpul electric oscilant al undei de lumină acționează asupra încărcăturii unei particule, făcându-le să se miște la aceeași frecvență. Prin urmare, particula devine un dipol mic radiant ale cărei radiații le vedem ca lumină dispersată.

Deoarece mecanismul este atât de diferit, dispersia Rayleigh a luminii albe din particule creează întotdeauna aceeași gamă de culori, albastru și violet fiind cele mai puternice.

Prin urmare, un singur atom are o culoare în sensul că participă la dispersia lui Rayleigh. De exemplu, atmosfera pământului este compusă mai ales din molecule de oxigen și azot. Atunci când lumina soarelui lovește moleculele de aer izolate, se împrăștie în funcție de dispersia lui Rayleigh, transformând cerul într-un albastru-violet. Culoarea împrăștierii Rayleigh ține mai mult de interacțiunea în sine decât de tipurile de atomi implicați. Doar pentru că cerul este albastru nu înseamnă că atomii de azot sunt albaștrii. Dispersia Raman este mult mai rară decât dispersia Rayleigh, dar este aproape identică în acest context. Dispersia Raman este diferită prin faptul că o parte din energia incidentă a luminii este pierdută intern în particule, astfel încât lumina împrăștiată este deplasată mai jos în frecvență.

Descărcarea în gaze

Descărcarea în gaz este probabil mecanismul care ne arată că atomii pot avea culoare. Această descărcare se întâmplă atunci când atomii, izolați unul de celălalt într-un gaz rarefiat, sunt excitați folosind curent electric. Atunci când atomii sunt dezexcitați, emit lumină vizibilă care este strâns legată de tipul atomului implicat. Spectrul de frecvență al unui atom în timpul descărcării gazului este considerat “amprenta” de culoare a acelui tip de atom. De exemplu, neonul pur emite lumină roșie, argonul o lumină violet, iar atomii de mercur emit o lumină albastră. Multe dintre culorile generate de lămpile numite “neon” sunt obținute prin amestecarea a mai multor gaze diferite.

Există multe moduri în care un obiect sau un material poate emite sau reflectă lumină vizibilă; cum ar fi prin electroluminescență (în LED-uri), radiația Cherenkov, reacțiile chimice, radiația sincrotronică sau sonoluminiscența; dar toate acestea implică interacțiunea a mai multor atomi și astfel nu sunt relevante pentru subiectul nostru.

Pe scurt, în sensul reflexiei, refracției, absorbției și radiației termice, atomii individuali sunt invizibili. În sensul dispersiei Rayleigh și a descărcării electrice în gaze, atomii au culoare.

Bibliografie:
https://www.zmescience.com/
http://wtamu.edu/
https://ro.wikipedia.org

S-ar putea să fi auzit că doi fulgi de zăpadă nu sunt identici. Acest lucru nu este în totalitate adevărat, deși e puțin probabil să găsești doi fulgi identici.

Oamenii de știință au estimat că șansele ca doi fulgi de zăpadă să fie identici sunt de aproximativ 1 din 1 milion de trilioane (un 1 urmat de 18 zerouri) și probabil există 1 trilion de trilioane de trilioane (1 urmat de 36 de zerouri) de tipuri de fulgi diferiți.

Un fulg de zăpadă are trei ingrediente de bază: cristale de gheață, vapori de apă și praf. Cristalele de gheață se formează pe măsură ce vaporii de apă îngheață pe un praf microscopic.

Particulele de praf pot proveni din multe locuri, incluzând polenul de flori, cenușa vulcanică și chiar corpurile celeste, cum ar fi meteorii.

Zăpada se formează în nori foarte reci, care conțin picături de apă și cristale de gheață. Pe măsură ce picăturile de apă se atașează de cristale de gheață, acestea îngheață, creând un cristal mai mare. În orice cristal, moleculele se aliniază într-o anumită formă, dar în cristalele de gheață, moleculele de apă se aliniază și formează o formă cu șase fețe numită hexagon. Acesta este motivul pentru care toți fulgii de zăpadă au șase colțuri.

Un fulg de zăpadă este construit din apă, moleculă cu moleculă. O moleculă de apă conține un atom de oxigen în centru și doi de hidrogen în lateral, precum în imaginea alăturată. Unghiul dintre cele două brațe ale moleculei este de 104,5 grade, calculat pentru prima dată în anul 1930 prin tehnicile de difracție cu raze X.

Atomul de oxigen are o atracție deosebit de puternică față de norii electronilor celor doi atomi de hidrogen.

Aceasta lasă cele două capete de hidrogen încărcate pozitiv, iar centrul „V” încărcat negativ. Forțele puternice dintre părțile încărcate negativ și cele încărcate pozitiv le determină să se unească într-un model tridimensional, simetric, cu șase laturi. Fiecare moleculă de apă care alcătuiește fulgii de zăpadă reflectă acest model până când în cele din urmă putem observa forma macroscopică cu șase fețe.

Temperatura norilor determină forma unui cristal de gheață iar cantitatea de umiditate din nor determină dimensiunea cristalului de gheață. Mai multă umiditate (mai multe molecule de apă) va crea un cristal mai mare. Atunci când mai multe cristale de gheață se lipesc, ele formează un fulg de zăpadă.

Pe măsură ce fulgii de zăpadă se mișcă prin aer, fiecare fulg cade și trece prin nori cu diferite temperaturi și niveluri de umiditate diferite, făcând ca fiecare fulg de zăpadă să fie unic. Chiar dacă doi fulgi se formează în același nor, aceștia vor urma căi ușor diferite până vor ajunge pe Pământ – și astfel se confruntă cu condiții atmosferice ușor diferite de-a lungul drumului. Prin urmare, deplasarea lor spre sol va afecta forma și mărimea lor, dându-le o identitate proprie.

Foto: Alexey Kljatov

Ne-am aștepta ca masa unui proton să fie dată de suma exactă a masei particulelor elementare din care este alcătuit. Dar oare este așa?

Protonii sunt alcătuiți din particule mai mici, numite cuarcuri. Dacă am aduna masa tuturor cuarcurilor dintr-un proton ne-am aștepta să ne dea masa protonului. Însă doar 9% din masa unui proton este dată de cuarcuri iar restul masei provine din efectele complicate care apar în interiorul protonului.

Cuarcurile primesc masă printr-un proces legat de bosonul Higgs, o particulă elementară descoperită pentru prima dată în 2012. Fizicianul Keh-Fei Liu de la Universitatea Kentucky se întreabă din ce anume mai este alcătuit protonul având în vedere că masa cuarcurilor dintr-un proton este atât de mică. Un studiu publicat în Physical Review Letters explică unde se află această masă lipsă.

Pe lângă cele 9 procente din masa protonilor care este dată de cuarcuri, alte 32% provin din energia lor, așa cum a arătat Liu și colegii săi în lucrarea publicată. Alți constituenți ai protonului, sunt gluonii – particule fără masă – care țin cuarcurile împreună și contribuie cu alte 36 procente datorită energiei lor.

Restul de 23% se datorează efectelor cuantice care apar atunci când cuarcurile și gluonii interacționează în moduri complicate în proton.

Conform relativității speciale, masa unui obiect crește atunci când are mai multă energie (de exemplu, când se mișcă mai repede). Când vorbim despre masa cuarcurilor ne referim la masa lor atunci când nu se mișcă. Masa de repaus a trei cuarcuri nu se adaugă la masa de repaus a unui proton. Diferența provine din energia care ține cuarcurile împreună în interiorul protonului.

În primele momente ale universului, aproape toate particulele nu aveau masă, călătorind cu viteza luminii într-o supă primordială foarte fierbinte. La un moment dat în această perioadă, apare câmpul Higgs, trecând prin materie și dând masă particulelor elementare.

Câmpul Higgs a schimbat mediul, modificând modul în care particulele se comportă. Unele dintre metaforele cele mai comune compară câmpul Higgs cu un sirop gros, care încetinește unele particule în timp ce acestea călătoresc. Alții și-au imaginat câmpul Higgs ca niște paparazzi aflați la o petrecere numeroasă. În timp ce unii oameni trec pe lângă, celebritățile sunt înconjurate de aceștia, încetinindu-le, iar chipurile mai puțin cunoscute trec prin mulțime neobservate. În acest caz, popularitatea este sinonimă cu masa – cu cât sunt mai populari, cu atât interacționează mai mult cu mulțimea și cu atât sunt mai „masivi”.

Dar ce a pornit câmpul Higgs? Știm că acest câmp este o proprietate a spațiu-timpului. De ce unele particule interacționează mai mult cu câmpul Higgs decât altele? Răspunsul scurt este: nu știm.

Imediat după Big Bang, câmpul Higgs a fost zero, dar pe măsură ce universul s-a răcit și temperatura a scăzut sub o valoare critică, câmpul a crescut. Cu cât o particulă interacționa mai mult cu acest câmp cu atât obținea mai multă masă. Ca toate câmpurile fundamentale, câmpul Higgs are o particulă asociată – bosonul Higgs. Bosonul Higgs este manifestarea vizibilă a câmpului Higgs, precum o undă pe suprafața apei.

Câmpul Higgs dă masă particulelor elementare (precum cuarcurile). Dar acestea reprezintă doar o mică parte din masa universului. Restul masei provine din protoni și neutroni. Aceste particule sunt formate din cuarcuri care sunt legate între ele de gluoni, particule care poartă forța nucleară tare. Energia acestei interacțiuni între cuarcuri și gluoni este ceea ce dă o parte din masa protonilor și neutronilor.

„Atunci când pui trei cuarcuri împreună pentru a crea un proton, vei ajunge să legi o densitate enormă de energie într-o mică regiune în spațiu”, spune John Lajoie, fizician la Universitatea de Stat din Iowa.

Un proton este alcătuit din două cuarcuri up și unul down; un neutron este alcătuit din două cuarcuri down și unul up. Compoziția lor similară face ca masa pe care o obțin din forța nucleară tare să fie aproape identică. Cu toate acestea, neutronii sunt ceva mai masivi decât protonii – și această diferență este crucială. Procesul neutronilor care se dezintegrează în protoni ajută chimia și implicit, viața. Dacă protonii ar fi mai grei, ei s-ar dezintegra în neutroni, și nu invers, iar universul așa cum îl știm nu ar mai exista.

„După cum s-a observat, cuarcurile down interacționează mai puternic cu câmpul Higgs, deci au o masă puțin mai mare”, spune Andreas Kronfeld, fizician teoretic la Fermilab. Acesta este motivul pentru care există o mică diferență între masa protonului și cea a neutronului.

Bibliografie:
https://www.sciencenews.org
https://journals.aps.org
https://www.symmetrymagazine.org
https://home.cern/science/physics

La nivel fundamental, universul nostru este alcătuit din spațiu-timp, particule, forțe și din interacțiunile dintre acestea. Spațiu-timpul alcătuiește terenul de joc al cosmosului iar particulele sunt jucătorii. Particulele se pot lega, ciocni, anihila, respinge, atrage sau pot interacționa în conformitate cu legile fizicii.

Ce lipsește din alcătuirea universului din ce am enumerat mai sus? Lipsesc constantele fundamentale care descriu forțele tuturor interacțiunilor și proprietățile fizice ale tuturor particulelor. Sunt necesare 26 de constante fundamentale pentru a alcătui universul nostru cunoscut, dar chiar și cu acestea, imaginea nu este completă.

Gândiți-vă la orice particulă și cum ar putea interacționa cu alta. Un electron, de exemplu, ar putea interacționa cu un alt electron. Are o sarcină fundamentală asociată cu ea, q_e,  și o masă fundamentală m_e. Electronii se vor atrage reciproc gravitațional, proporțional cu forța gravitațională G și se vor respinge unul pe celălalt electromagnetic, invers proporțional cu puterea permitivității spațiului liber, ε₀.

Există și alte constante care joacă un rol major în modul în care se comportă aceste particule, cum ar fi viteza luminii, c, și constanta asociată tranzițiilor cuantice: constanta lui Planck, ħ.

Dar fizicienilor nu le place să folosească aceste constante (c, ħ) atunci când descriu universul, deoarece aceste constante au dimensiuni și unități arbitrare pentru ele. De exemplu, nu trebuie sa folosim neapărat metrul pentru măsurarea lungimii, kilogramul pentru greutate sau secundă pentru timp. Am putea lucra folosind orice unitate de măsura iar legile fizicii s-ar comporta exact la fel. De fapt, putem să explicăm universul fără a defini o unitate fundamentală precum „masă”, „timp” sau „distanță”. Am putea descrie legile naturii în întregime, folosind doar constante care nu sunt dimensionate.

Acest concept este unul simplu: înseamnă că o constantă este doar un număr pur, fără metri, kilograme sau alte „dimensiuni”. Dacă mergem pe această cale ar trebui să reiasă în mod natural toate proprietățile măsurabile pe care ni le putem imagina. Acestea includ lucruri precum masa particulelor, puterea de interacțiune, limitele de viteză cosmică și chiar proprietățile fundamentale ale spațiu-timpului.

Dacă vrem să descriem universul cât mai simplu și mai complet posibil, este nevoie de 26 de constante adimensionale. Acesta este un număr destul de mic, dar nu neapărat așa de mic cum ne-ar plăcea. Într-o lume ideală, cel puțin din punctul de vedere al majorității fizicienilor, am vrea să credem că aceste constante apar de undeva din punct de vedere fizic, dar nicio teorie actuală nu le prezice.

Cu astea fiind spuse, iată cele 26 de constante care ne dau universul așa cum îl știm.

1 – Constanta structurii fine

Constanta structurii fine sau puterea interacțiunii electromagnetice este un raport al sarcinii elementare (de exemplu, un electron) a cărei expresie este:

Dacă punem aceste constante împreună, vom obține un număr adimensional. La energiile prezente în universul nostru, acest număr este 1 / 137,035999070, deși puterea acestei interacțiuni crește odată cu creșterea energiei particulelor ce interacționează.

2 – Constanta de cuplare puternică

Această constantă definește forța care ține împreună protonii și neutronii. Deși modul în care funcționează interacțiunea tare este foarte diferită de forța sau gravitația electromagnetică, puterea acestei interacțiuni poate fi parametrizată de o singură constantă de cuplare. Această constantă își schimbă puterea odată cu energia.

Toate quarcurile și gluonii interacționează prin intermediul forței tari, aceasta fiind caracterizată de această constantă.

3 – 17 – Masa celor șase quarcuri, șase leptoni și trei bosoni masivi

Aceste 15 constante sunt puțin dezamăgitoare. Avem 15 particule în modelul standard: 6 quarcuri, 6 leptoni, W, Z și bosonul Higgs, toate având o masă de repaus substanțială. Deși este adevărat că antiparticulele lor au toate masa de repaus identică, speram să fi existat o relație, un model sau o teorie mai fundamentală care a dat naștere acestor mase, folosind mai puțini parametri.

S-ar putea să existe totuși, întrucât pot fi derivate unele relații stranii: dacă ciocnim un pozitron la 45 GeV cu un electron la 45 GeV, avem energia potrivită pentru a face un boson Z. Dacă ciocnim un pozitron la 45 GeV cu un electron în stare de repaus, avem energia necesară pentru a obține o pereche de muon / anti-muon. Din păcate, această relație este aproximativă și nu exactă. Energia pentru a crea un boson Z este mai aproape de 46 GeV iar energia pentru a obține o pereche de muoni / anti-muoni este mai aproape de 44 GeV. Dacă există o teorie subiacentă care descrie masele particulelor, aceasta trebuie descoperită.

Ca urmare, este nevoie de 15 constante pentru a descrie masele cunoscute. Vestea bună este că putem scăpa de o altă constantă. Prin scalarea acestor parametri de masă relativ cu constanta forței gravitaționale G, putem rămâne cu 15 parametri adimensionali fără a fi nevoie de un descriptor separat al forței gravitaționale.

18 – 21 Constantele quarcurilor – Matricea Cabibbo–Kobayashi–Maskawa

Avem 6 tipuri diferite de quarcuri deoarece există doua subseturi de 3 care au toate aceleași numere cuantice unul cu celălalt și se pot „amesteca” împreună. Dacă ați auzit despre forța nucleară slabă, dezintegrarea radioactivă sau încălcarea simetriei CP, toate aceste 4 constante sunt necesare pentru a le descrie.

22 – 25 Constantele neutrinilor

Similar constantelor pentru quarcuri, există 4 constante ce detaliază modul în care neutrinii se combină cu alți neutrini, dat fiind că cele 3 tipuri de specii de neutrino au același număr cuantic. Deși fizicienii sperau că neutrinii sunt fără masă și nu necesită alte constante adiționale, natura a avut altceva de spus. Problema neutrinilor proveniți de la Soare – unde doar o treime din neutrinii emiși ajungeau pe Pământ – a fost unul dintre cele mai mari enigme ale secolului 20.

Enigma a fost rezolvată când am realizat că neutrinii au totuși masă (deși foarte mică), se pot combina și pot oscila dintr-un tip în altul.

26 – Constanta cosmologică

S-ar putea să fi auzit că expansiunea universului accelerează datorită energiei întunecate, iar acest lucru necesită încă un parametru – o constantă cosmologică – pentru a descrie valoarea acestei accelerații. Energia întunecată ar putea deveni mai complexă decât o constantă, caz în care ar putea avea nevoie de mai mulți parametri, de aceea numărul de constante necesar pentru a descrie universul poate fi mai mare de 26.

Doar 26?

Dacă am da unui fizician legile fizicii, condițiile inițiale ale universului și aceste 26 de constante, el poate simula cu succes orice aspect al întregului univers. Și destul de remarcabil, ceea ce va ieși nu va fi diferit de universul pe care-l avem astăzi, de la microcosmos până la macrocosmos. Sau… pe aproape. Chiar și cu aceste constante există încă cel puțin 4 probleme care ar putea necesita alte constante pentru rezolvare.

Prima problema este cea a asimetriei dintre materie și antimaterie. Întregul univers observabil este format din materie și nu din antimaterie, dar nu înțelegem de ce este așa. Această problemă, cunoscută sub numele de bariogeneză, este una dintre marile probleme nerezolvate în fizica teoretică și poate necesita una (sau mai multe) noi constante fundamentale pentru a descrie soluția sa.

A doua problemă este cea a inflației cosmice. Aceasta este faza care a precedat Big Bang-ul și a fost verificată observațional. Este foarte probabil să apară și de aici alte constante.

Problema materiei întunecate cu siguranță va adăuga și mai multe constante. Având în vedere că aproape sigur există cel puțin un nou tip de particule masive, complexitatea materiei întunecate va determina numărul real de constante necesare.

Ultima problemă, cea a încălcării simetriei CP va necesita constante adiționale. Interacțiunea slabă este singura care încalcă simetria CP. Simetria CP este produsul a două simetrii: C pentru conjugarea sarcinii, ce transformă o particulă în antiparticula sa și P pentru paritate, ce creează imaginea în oglindă a sistemului fizic. Interacțiunea tare și interacțiunea electromagnetică par invariabile în cadrul operației de transformare CP combinată, însă această simetrie este ușor încălcată în timpul anumitor tipuri de interacțiune slabă.

Universul nostru este complicat și uimitor și cu cât învățăm mai multe despre univers, cu atât avem nevoie de mai mulți parametri pentru a-l descrie. Suntem departe de a știi totul, dar speranța unora este că universul este mai simplu decât îl cunoaștem în prezent. Chiar și cu aceste constante, din păcate, modelul standard este prea simplu pentru a funcționa. Universul nostru s-ar putea să nu fie atât de elegant.

Distanta pana la obiectele astronomice din apropiere, precum planetele din sistemul nostru solar, se poate calcula folosind un radar, insa pentru corpuri mai indepartate, aceasta metoda nu mai functioneaza.

Cea mai apropiata stea, Proxima Centauri, se afla la o distanta de 4,24 ani lumina. Un an lumina are 9,44 trilioane km iar o calatorie pana acolo ar dura 43.000 de ani. Deci cum putem masura distanta pana la stele?

Raspunsul ni-l da trigonometria. Tine mana intinsa si inchide un ochi. Acum deschide ochiul si inchide-l pe celalalt. Vei observa ca mana s-a miscat fata de fundal. Cei doi ochi si mana ta formeaza un triunghi. Daca stim distanta dintre ochi si unghiul cu care mana s-a miscat, putem calcula lungimea bratului. Unghiul cu care se misca mana se numeste paralaxa.

Desigur, noi putem masura lungimea bratului folosind un metru, insa metoda paralaxei este utila pentru a calcula distante mari. In locul ochilor, ca baza a triunghiului, astronomii folosesc planeta noastra, in 2 perioade diferite ale anului (cand se afla in parti opuse ale sistemului solar).

Astronomii efectueaza cate o fotografie la un interval de 6 luni pentru a masura, in raport cu stelele indepartate, deviatia stelelor. Aceasta metoda de masurare a distantei este buna pentru stelele situate la cateva sute de ani-lumina. Dincolo de aceasta distanta, aceasta metoda nu mai functioneaza deoarece unghiul masurat este prea mic pentru a putea fi masurat cu precizie.

In imagine, linia de observare la stea in decembrie este diferita fata de cea din iunie cand Pamantul se afla pe partea cealalta a Soarelui. Jumatatea din unghiul rezultat este paralaxa, iar paralaxa scade o data cu distanta.

Deoarece chiar si cele mai apropiate stele se afla la o distanta foarte mare, cele mai mari paralaxe masurate sunt foarte mici; mai putin de o arcsecunda. De exemplu, cea mai apropiata stea, Proxima Centauri, are o paralaxa de 0,722 – arcsec, cea mai mare paralaxa observata.

Pentru distante mai mari se foloseste metoda paralaxa fotometrica – se observa lumina galaxiilor si cu cat tinde spre rosu in spectrul electromagnetic (galaxiile care se indeparteaza de noi tind spre rosu iar cele care se apropie spre albastru). Astfel putem calcula distanta cu ajutorul efectului Doppler.

Pentru a masura distanta pana la alte galaxii, se folosesc cefeidele. Cefeidele sunt stele variabile ce au o corelatie stransa intre perioada de oscilatie si luminozitate. Relatia dintre oscilatie si luminozitate s-a putut stabili pe baza cefeidelor aflate destul de aproape de noi pentru a folosi metoda paralaxei. Apoi, astronomii au trebuit doar sa masoare luminozitatea aparenta si perioada de oscilatie pentru a afla distanta. Metoda cefeidelor se poate aplica atat in galaxia noastra cat si in cele apropiate.

O stea cu un paralax de o arc-secunda se afla la o distanta de 3,26 ani lumina. Aceasta distanta a devenit cunoscuta sub numele de „paralaxa unei secunde”, sau pe scurt, parsec.

Bibliografie:
http://planetary-science.org
http://astrofotografieluna.blogspot.ro

Isaac Asimov spunea că „atunci când oamenii au crezut că Pământul e plat, s-au înșelat. Când oamenii au crezut că Pământul e sferic, s-au înșelat. Dar dacă tu crezi că a considera Pământul sferic e la fel de greșit ca a-l considera plat, atunci viziunea ta e mai greșită decât cele două laolaltă.”

Mai exact, planetele sunt sferoide, adică turtite la poli și bombate la ecuator. Asta se datorează forței centrifuge, datorită rotației planetelor. Cea mai sferică planetă din Sistemul Solar este Venus. Ea se învârte atât de încet încât nu există forță centrifugă atât de mare încât să o bombeze la ecuator și să o turtească la poli. Pe de alta parte, cea mai „plată” planetă din Sistemul Solar este Saturn: datorită densității sale mici și a vitezei mari de rotație, diametrul ecuatorial e cu 10% mai mare decât cel polar.

De aici se poate naște următoarea întrebare: ar putea o planetă să se învârtă destul de rapid încât să devină plată, precum un disc? Foarte improbabil. Până să ajungă la forma respectiva, planeta pur și simplu s-ar dezintegra.

Forța gravitațională a unei planete trage materia spre centru. Materia atrasă de gravitația unui obiect va căuta mereu să ajungă cât mai aproape de centrul de greutate al acelui obiect, iar singura modalitate de a aduce toată masa cât mai aproape de centrul de greutate al planetei, este de a forma o sferă. Acest proces se numește „ajustare izostatică”. Însă multe dintre corpurile mici ale sistemului solar (precum cometele sau asteroizii) nu sunt rotunde, deoarece forța lor gravitațională este prea mică.

Pentru a scăpa de gravitația Pământului (care are o masă de 6 x 10 ^ 24 kg), trebuie să zburam cu aproximativ 11 km / secundă, sau aproximativ 40.000 km / oră. Pentru a scăpa de gravitația lui Comet 67P este nevoie de o viteză de doar 1 metru / secundă. Cometa 67P (în imagine) nu este deloc rotunda și are un diametru de 4,1 km x 3,3 km x 1,8 km.

Un corp mai mare de câteva sute de kilometri în diametru devine mai rotund.

Legile mecanicii clasice ale lui Newton afirmă că un corp în mișcare tinde să rămână în mișcare, iar cât de rotundă este o planetă depinde de masă, dimensiune și viteza ei de rotație.

Bibliografie:
https://www.britannica.com/story/why-are-planets-round
https://alexdoppelganger.com/planete-sferice/
https://www.livescience.com/32185-why-are-planets-round.html

Foto: https://nasa.tumblr.com/

NASA a acordat prioritate misiunilor dedicate căutării vieții în sistemul nostru solar și în afara acestuia, iar acest lucru reflectă și interesul public. Descoperirea vieții extraterestre ne-ar modifica viziunea asupra umanității și a locului nostru în Univers. Nimic nu contribuie mai mult la obiectivul NASA de a explora cosmosul, de a inspira și a educa urmatoarea generație de studenți în știință, decât căutarea vieții extraterestre. Însă ar fi cel mai nefericit caz dacă am cheltui resurse considerabile și să n-o recunoaștem atunci când o găsim.

Căutarea vieții extraterestre a început practic de curând, o dată cu descoperirea undelor radio și a continuat printr-un efort susținut începând cu anii 80. Căutarea vieții în sistemul nostru solar s-a bazat pe un model geocentric, presupunând că viața ar avea caracteristici similare cu cele de pe Pământ.

Viața pe Pământ folosește apa ca solvent, este alcatuită din celule, se bazează pe grupul carbonil (compus dintr-un atom de carbon dublu legat de un atom de oxigen) și folosește o arhitectură cu doi biopolimeri care utilizează acizii nucleici pentru a efectua funcțiile genetice și catalitice. Pe lângă acestea, viața mai are o caracteristică importantă: utilizează energia rezultată din reacțiile chimice, în special acelea în care legăturile care unesc carbonul și hidrogenul sunt transformate în legături între carbon și oxigen sau hidrogen și oxigen.

În consecință, cele mai multe misiuni ale NASA s-au concentrat asupra locațiilor unde ar putea exista apă în stare lichidă pentru a găsi structuri similare cu cele de pe Pământ, sau molecule care ar putea fi produse de un metabolism bazat pe grupul carbonil. Este posibil oare ca viața să se bazeze pe structuri moleculare diferite de cele cunoscute pe Pământ?

De ce este nevoie ca viața să apară?

Înainte de a începe să căutăm viață pe alte planete, trebuie să știm exact ce căutăm.

Dacă viața este posibilă folosind alți solvenți decât apa lichida, atunci numarul de planete ce pot susține viața este mult mai mare. În sistemul nostru solar știm că există apă pe Marte, în mediile subterane ale sateliților lui Jupiter (Europa, Ganymede și Callisto), poate chiar și pe Enceladus.

Solvenții solizi ar putea, totuși, să fie prezenți și în alte medii planetare. Unul dintre aceste locuri ar putea fi Titan și ar fi mai accesibil pentru misiunile spațiale decât să forăm în subsolul planetei Marte, acolo unde există apă.

Teoria, datele și experimentele arată că viața necesită urmatoarele lucruri (în ordinea descrescătoare a certitudinii):

• Un neechilibru termodinamic
• Un mediu capabil să mențină legături covalente, în special între carbon, hidrogen și alți atomi
• Un mediu lichid
• Un sistem molecular care să sprijine evoluția.

Viața pe Pământ folosește energia solară, geotermală și chimică pentru a menține starea de neechilibru constantă. Pentru ca sistemul să se mențină într-o stare de neechilibru constantă, schimbul de entropie trebuie să fie negativ și egal cu entropia produsă prin procesele interne, ca în cazul metabolismului.

Energia este folosită și pentru a menține legăturile covalente dintre carbon, apă și alți atomi. Viața care prezintă aceste caracteristici poate fi gasită oriunde gasim apă și energie. Dar avem vreun motiv să credem că viața poate apărea doar acolo unde există apă? Din cunoștințele noastre în chimia organică, apa nu este neapărat necesară. Interacțiunile dipolare sunt în general mai puternice în solvenți neapoși, nepolari, decât în apă.

Este evoluția o caracteristică necesară a vieții?

Multe dintre definițiile vieții includ expresia că viața este “supusă evoluției Darwiniste”. Schimbările și adaptarea fenotipică sunt necesare pentru a exploata condițiile instabile ale mediului înconjurator, pentru a funcționa optim și pentru a oferi un mecanism de creștere a complexității biologice. Caracteristicile vieții sunt capacități inerente de adaptare la condițiile de mediu.

Modificările evolutive au fost sugerate de Cairns-Smith chiar și pentru ipoteza cristalelor minerale din argilă, sugerând că acestea au contribuit la organizarea de molecule organice în structuri ordonate.

Ar putea un sistem chimic ce se auto-replică să fie capabil de transformări chimice în mediul inconjurător? Dacă compușii chimici nu sunt vii, atunci replicarea nu este o caracteristică numai a vieții.

Selecția naturală este cheia evoluției iar această selecție este prezentată ca o caracteristică în multe definiții ale vieții.

Evoluția este mecanismul-cheie al mutațiilor și transmiterii de gene către urmași în rândul unei populații. Cu toate acestea, deși mutația și selecția naturală sunt procese importante, ele nu sunt singurele mecanisme folosite în achiziționarea de noi gene. Studiind viața pe Pământ, am descoperit că transferul de gene între specii este un mecanism vechi și eficient de creare rapidă a diversității și a complexității.

Selecția naturală bazată doar pe mutații probabil nu este un mecanism adecvat pentru ființele complexe. Mai important, transferul de gene între specii și endosimbioza sunt probabil cele mai evidente mecanisme pentru crearea unui genom complex. Existența virusurilor este importantă, deoarece, în vremurile timpurii ale Terrei, virusurile au putut fi sursa a multor inovații genetice datorită replicarii lor rapide, a frecvenței ridicate a mutațiilor și a inserțiilor genetice în celulele gazdă.

Este evoluția o trăsătură esențială a vieții? Celulele reprezintă mult mai mult decât informațiile codificate în genomul lor; celulele fac parte dintr-un sistem biologic și chimic și sunt critice pentru crearea și operarea acestui sistem.

Unitatea biochimiei pune accentul pe capacitatea organismelor de a interacționa cu altele pentru a forma comunități, pentru a dobândi și a transmite gene, pentru a folosi genele vechi în moduri noi, pentru a exploata noi habitate și, cel mai important, pentru a realiza mecanisme pentru a ajuta la „controlul” propriei evoluții. Aceste caracteristici sunt susceptibile de a fi prezente și vieții extraterestre, chiar dacă au avut o origine și o biochimie total diferită față de cea de pe Pământ.

Cum ar arăta viața pe alte planete?

Deoarece avem doar un exemplu de structuri biomoleculare și pentru că mintea umană întâmpină dificultăți în a crea idei cu adevărat diferite de ceea ce știe deja, este dificil să ne imaginăm cum ar putea arăta viața într-un mediu foarte diferit de ceea ce găsim pe Pământ.

Căutarea vieții în cosmos începe cu înțelegerea vieții pe Pământ. Deși viața pe Pământ este clasificată în mod convențional în milioane de specii, studiile asupra structurii moleculare a biosferei arată că toate organismele au un strămoș comun. Planeta noastră este plină de nenumărate specii dar există și multe medii de viață extrem de diferite – unele chiar prea ostile pentru oameni. O lecție învățată din studiile biochimice arată că viața pe care o cunoaștem are nevoie de apă lichidă. Oriunde se găsește o sursă de energie și apă lichidă, acolo se găsește și viață. Această observație a contribuit deja la îndrumarea misiunilor NASA în căutarea vieții în sistemul nostru solar. După cum a observat și Carl Sagan, nu este surprinzător faptul că organismele bazate pe carbon care inspiră oxigen și conțin 60% apă ar concluziona că viața trebuie să se bazeze pe carbon, apă și să inspire oxigen.

Tindem să credem că viața se bazează pe carbon deoarece viața de pe Pământ se bazează pe carbon. Dar chimia ne arată că putem avea reacții chimice și viață fără a implica carbonul, folosind alți solvenți în locul apei, sau folosind reacții de oxidare-reducție fără dioxigen. De exemplu, viața ar putea obține energie din NaOH + HCI (hidroxid de sodiu + acid clorhidric). Este posibil să existe alte forme de viață care nu sunt bazate pe carbon?

Dar despre asta, vom vorbi în articolul următor.

Bibliografie:
„The Limits of Organic Life in Planetary Systems” by the National Research Council.
http://cadredidactice.ub.ro
https://www2.jpl.nasa.gov/

Foto: Openminds.tv

Există probabil peste 100 de miliarde de planete în galaxia noastră, iar Pamantul, un avanpost singuratic aflat pe unul din brațele spiralate ale galaxiei, este singura planetă cunoscută capabilă să susțină viață. Am început de câteva secole să privim spre stele, spre alte lumi și chiar am analizat compoziția atmosferei lor prin disecarea acelor urme firave de lumină provenite de la ele, încercand să descoperim dacă conține compușii chimici ce stau la baza vieții.

Însă viața pe alte planete poate fi foarte diferită față de ce găsim pe Pământ. O astfel de formă de viață ar putea folosi un alt element chimic decât carbonul sau să nu folosească apa ca solvent. Unele caracteristici ale vieții de pe Terra sunt universale, în special cerința de neechilibru termodinamic. Însa alte criterii nu sunt neapărat necesare.

(Foto: concepție artistică cu privire la modul în care ar putea arăta o planetă cu viață pe baza de amoniac).

Organismele vii cunoscute pe Pământ utilizează compușii de carbon pentru a forma funcțiile structurale și metabolice, folosesc apa ca solvent și ADN-ul și ARN-ul pentru stocarea instrucțiunilor necesare vieții. Dacă există viață pe alte planete, e posibil să fie similară din punct de vedere chimic cu viața de pe Terra; este, de asemenea, posibil să existe organisme cu o chimie destul de diferită – de exemplu, implicând alți compuși sau folosind un alt solvent în locul apei.

Siliciul a fost propus ca o alternativă ipotetică la carbon. Siliciul se află în aceeași grupă cu carbonul în tabelul periodic și, la fel precum carbonul, siliciul este tetravalent, deși compușii acestora sunt mai puțin stabili. Alternativele la apă ca solvent includ amoniacul, care, la fel ca apa, este o moleculă polară; și solvenți nepolari de hidrocarburi, precum metanul și etanul, care sunt prezenți în formă lichidă pe suprafața Titanului.

Pe Pământ, ființele vii au nevoie de carbon, însa Carl Sagan spune că nu putem fi siguri că viața funcționează la fel peste tot în Univers. El a considerat siliciul și germaniul drept alternative pentru carbon, dar, pe de altă parte, a observat că atomii de carbon par mai versatili din punct de vedere chimic și sunt mai abundenți în Univers.

Biochimia vieții pe Pământ

Pentru a forma elemente chimice, atomii trebuie să formeze molecule, iar pentru asta, trebuie să existe o legătură chimica între ei, mai exact, o legătură covalentă.

Legătura covalentă este atracția electrostatică dintre o pereche de electroni pusă în comun de doi atomi. De cele mai multe ori, o legătură covalentă e reprezentată printr-o linie între cei doi atomi. La molecule mai simple, precum dihidrogenul (adesea scris ca H – H, sau H2), o singură linie reprezintă perechea de electroni care formează o singură legatura între cei doi atomi de hidrogen.

Un model structural complet al unei molecule arată și pozițiile electronilor care nu sunt implicați în legătura covalentă. De exemplu, formahelida (cunoscută și sub numele de formol) este reprezentată precum în imaginea alăturată – cu 4 puncte.

Distribuția sarcinii și proprietatile fizice ale moleculelor

Electronul este o particulă subatomica fundamentală cu sarcina electrică negativă; iar protonul are o sarcină pozitivă. Unele particule nu au un număr egal de protoni și electroni. În acest caz, molecula are o sarcină electrică nenula și se numește ion. Un atom neutru din punct de vedere electric are un număr de electroni egal cu numărul de protoni și se poate ioniza prin schimbarea acestui echilibru. De exemplu, în clorura de sodiu, ionul de sodiu are o sarcină pozitivă, iar ionul de clor are o sarcină negativă.

Dacă pierde unul sau mai mulți electroni devine un ion pozitiv, numit și cation pentru că este atras de catod (electrodul negativ). Dacă primește unul sau mai mulți electroni devine ion negativ, numit și anion pentru că este atras de anod (electrodul pozitiv).

În general, atomii cu electronegativități similare împart aceeași electroni. Carbonul și hidrogenul au electronegativități similare. Fiecare dintre cei doi atomi pune în comun cate un electron și fiecare atrage la fel de mult perechea astfel formată. Acest tip de legătură covalentă se numește legătură nepolară.

Legătura nepolară apare la atomii din aceeași specie sau la atomii din specii diferite care au electronegativități foarte apropiate.

Legătura polară există doar între atomi ai nemetalelor din specii diferite. Fiecare dintre cei doi atomi pune în comun câte un electron, dar atomul care are electronegativitatea mai mare atrage mai puternic perechea formată.

Natura și distribuția sarcinii sunt caracteristicile dominante în determinarea proprietăților fizice ale structurii moleculare. Știind că o moleculă este un ion, este, în general, o informație mai importantă decât aproape oricare alta pentru întelegerea comportamentului fizic al moleculei.

Una dintre caracteristicile importante ale moleculelor polare și ale speciilor ionice este capacitatea lor de a se dizolva in solvenți polari. Apa, la rândul său, este unul dintre solvenții polari, deoarece distribuția electronilor este destul de diferită de aranjamentul spațial al protonilor; atomul de oxigen al H2O are mai multă sarcină negativă, în timp ce atomii de hidrogen poartă o încărcătură mai mare.

Ca o consecință, apa dizolvă multe săruri și molecule care au momente mari de dipol. Moleculele nepolare care conțin mai multe unități carbon-hidrogen și carbon-carbon se numesc hidrocarburi și sunt cunoscute sub denumirea de uleiuri și grăsimi. Nepolaritatea lor este și motivul pentru care uleiul și apa nu se amestecă.

Distribuția sarcinii poate fi dedusă din structura moleculelor

Polaritatea moleculelor poate fi dedusă din structura moleculară. Electronegativitatea atomilor este cheia pentru efectuarea acestor deduceri. De exemplu, se poate prezice că glucoza, a cărei structură moleculară prezintă multe legături carbon-oxigen și oxigen-hidrogen, este polară și ușor dizolvabilă în apă, chiar dacă nu este un ion. Astfel de molecule se numesc hidrofile (iubitoare de apă). Pe de altă parte, octanul este nepolar și nu este solubil în apă, dar este solubil în alte uleiuri. Aceste molecule se numesc hidrofobe.

Reactivitatea moleculelor – avantajele și dezavantajele folosirii apei ca solvent

Moleculele care conțin doar legături covalente carbon-carbon sau carbon-hidrogen sunt relativ nereactive la temperaturi normale. Reactivitatea este un concept diferit și nu are legătură cu rezistența legăturii, ci deseori depinde de mediu, deoarece atomii care nu mai sunt legați pot forma legături în altă parte.

Apa prezintă atât un atom de oxigen cât și doi atomi de hidrogen. Acest lucru are avantaje și dezavantaje pentru un biosolvent. În primul rând, din cauza disponibilității hidrogenului, reacțiile în apă se întâmplă mereu. Astfel, reacțiile care necesită echivalentul unui H+ pot găsi întotdeauna unul în apă. Dezavantajul este ca multe molecule sunt instabile în apă, multe dintre ele fiind necesare în metabolismul organismelor. În unele cazuri, moleculele se descompun prin reacție în apă iar apoi este nevoie ca metabolismul sa le înlocuiască.

Multe erori genetice includ depurarea, care apare atunci cand legătura care leagă o purină cu zahărul este ruptă de o moleculă de apă, rezultând o nucleotidă liberă de purină care nu poate acționa ca un șablon în timpul replicarii ADN-ului. Tot prin reacția cu apa, se poate produce deaminarea, adică pierderea unei grupari amino dintr-o nucleotidă. Majoritatea acestor erori sunt corectate prin procesele de reparare a ADN-ului. Dar dacă acest lucru nu se întâmplă, o nucleotidă care se adaugă la fașia nou sintetizată poate deveni o mutație permanentă.

Influența temperaturii asupra stabilității moleculare

Legăturile dintre atomi sunt, fără îndoială, o caracteristică universală, valabil atât pe Pământ cât și în Univers. Temperatura până la care viața bazată pe carbon, hidrogen, oxigen și azot este posibilă poate ajunge până la 327° C – ceva mai mult decât temperatura unui cuptor din bucătăria noastră. Acest lucru este valabil la nivelul mării, deoarece reacțiile de descompunere sunt semnificativ mai lente la presiuni mai mari. Dar indiferent de presiune, putem să considerăm că viața nu poate exista la temperaturi mai mari de 500° C.

Carbohidrații sunt foarte solubili, chiar și la temperaturi cu mult sub punctul de fierbere al apei. Aceasta instabilitate rezulta din faptul ca ele conțin o unitate C = O (un grup carbonil). Datorită acestei instabilități, unii cercetători au sugerat că carbohidrații nu au fost de prea mare ajutor în perioada timpurie a vieții. Cel mai simplu carbohidrat care a fost observat în mediul interstelar este formaldehida, cunoscut și sub numele de formol.

Metabolismul

Compușii construiți exclusiv din carbon și hidrogen nu reacționează usor – și din punct de vedere biologic – compușii organici care conțin numai atomi de carbon și hidrogen nu sunt ușor metabolizați.

Heteroatomii, precum oxigenul, azotul, nitrogenul și sulful, creează oportunități de reactivitate prin activarea legăturilor carbon-carbon și carbon-hidrogen. Viața de pe Pământ folosește oxigenul și azotul în acest scop. Metabolismul exploatează carbonul electrofil dublu legat de azot sau de oxigen.

Metabolismul nu poate aparea într-un sistem care se află într-un echilibru termodinamic. Sinteza moleculelor și construirea structurilor celulare necesită energie pe care un organism trebuie să o obțină din mediul înconjurator și care trebuie cuplată cu procesele din organism, iar apoi disipată sub formă de caldură sau utilizată pentru a stimula formarea de substanțe nereactive. Cu excepția situației neobișnuite în care compușii energetici sunt utilizați imediat, această energie trebuie stocată într-o formă chimică, ca nucleotida (adenozin trifosfat).

Unele forme de viață de pe Pământ folosesc ca sursă de energie fotonii proveniți de la Soare, iar altele, energia termică a Pământului. Fotosinteza este procesul primar pentru obținerea energiei de la Soare. Pe de altă parte, organismele non-fotosintetice trebuie să-și obțină energia din compușii consumați.

Plantele obțin energie din lumina provenită de la Soare, iar carbonul și-l obține din CO2 (dioxid de carbon) care este compus dintr-un atom de carbon și 2 atomi de oxigen.

Catalizatorii

Catalizatorii sunt esențiali pentru viață, în procesul de biosinteză proteică, în respirație, sau în procesul de obținere a energiei din hrană. Fără catalizatori anumite reacții chimice ar fi foarte lente sau nu ar avea loc.

Acești catalizatori eficienți sunt produși chiar de organism, sunt de natură proteică și poartă numele de enzime. Enzimele se pot defini drept proteine cu acțiune catalitică; aproape toate moleculele-enzimă cunoscute până acum, dintre care multe obținute sub formă cristalină au structură proteică. Numarul enzimelor este de ordinul miilor, deoarece, în lumea vie, fiecărei molecule organice existente trebuie să-i corespundă cel puțin o enzimă, care să participe la sinteza și / sau degradarea ei.

Relația dintre apă și biomolecule

Viața pe Pământ folosește apa ca solvent. Așa cum era de așteptat, biomoleculele nu doar că sunt compatibile cu apa, ba chiar o exploatează. ADN-ul are un schelet format din două lanțuri din zahar-fosfat, iar acest lucru face ca ADN-ul să fie solubil în apă. Nucleobazele care codifică informațiile genetie sunt hidrofobe. De aceea, ele se află în interiorul dublu helix-ului, izolate, departe de apă.

Biochimia bazată pe siliciu

Atomul de siliciu a fost propus ca alternativă pentru sistemele biochimice, deoarece siliciul are multe proprietăți chimice similare cu cele ale carbonului și se află în același grup în tabelul periodic cu carbonul. Elementele care creează grupuri funcționale organice cu carbonul includ hidrogenul, oxigenul, axotul, fosforul, sulful și metale precum fierul, magneziul și zincul. Siliciul, pe de altă parte, interacționează cu foarte puține tipuri de atomi. Mai mult, chiar și cu cele cu care interacționează, siliciul creează molecule care au fost descrise de biochimistul Norman R. Pace ca fiind “monotone în comparație cu universul complex al macromoleculelor organice”. Acest lucru se datorează faptului că atomii de siliciu sunt mult mai mari, având o masă mai mare și astfel au dificultăți în formarea de legături duble.

Silanul (tetrahidrura de siliciu), care este un compus chimic al hidrogenului și siliciului sunt analogi hidrocarburilor alcaline, este foarte reactiv cu apa și se descompun spontan. Moleculele care încorporează polimeri de atomi de siliciu și oxigen, în loc de legături directe între siliciu, sunt mult mai stabile. S-a sugerat că substanțele pe bază de siliciu ar fi mai stabile decât hidrocarburile echivalente într-un mediu bogat în acid sulfuric, așa cum este întâlnit pe multe planete din afara sistemului nostru solar.

Dintre moleculele descoperite în mediul interstelar începând cu 1998, 84 se bazează pe carbon, în timp ce numai 8 se bazează pe siliciu. Mai mult, din acești 8 compuși, doar 4 includ carbonul în ele. Carbonul este mult mai abundent în univers și poate creea o mare varietate de compuși complecsi. Chiar dacă Pământul și alte planete sunt bogate în siliciu și sărace în carbon, viața terestră este bazată pe carbon. Acest lucru poate fi o dovada care arată cât de puțin versatil este siliciul în formarea compușilor complecsi.

Chiar și asa, este posibil ca primele organisme să fi folosit siliciul, potrivit ipotezei lui A. G. Carins-Smith, în care a arătat că mineralele din apă au jucat un rol esențial în abiogeneza: puteau să replice structurile lor cristaline, au interacționat cu compușii de carbon și au fost precursori ai vieții bazate pe carbon.

Compușii de siliciu pot fi utili din punct de vedere biologic. Polisilanul, compușii chimici de siliciu corespunzători zaharurilor, sunt solubili în azot lichid, sugerând că aceștia pot juca un rol în biochimie la o temperatură foarte scazută.

Biochimia bazată pe alte elemente

Boranul, numit și trihidrura de bor, se aprinde spontan dacă intră în contact cu aerul, însă ar putea fi mai stabil pe alte planete.

Diferite metale, împreună cu oxigenul, pot forma structuri foarte complexe și stabile din punct de vedere termic, care rivalizează cu cele ale compușilor organici; acizii heteropoli sunt o astfel de familie.

Unii oxizi metalici sunt asemănători cu carbonul în capacitatea lor de a forma atât structuri precum nanotuburile cât și cristale de diamant. Titanul, aluminiul, magneziul și fierul sunt mai abundente în crusta Pământului decât carbonul. Viața bazată pe oxid de metal ar putea fi, prin urmare, o posibilitate în anumite condiții, inclusiv cele în care viața bazată pe carbon ar fi puțin probabilă (de exemplu la temperaturi înalte).

Sulful este, de asemenea, capabil să formeze catene (mai mulți atomi se leagă între ei formând lanțuri). Utilizarea biologică a sulfului ca alternativă la carbon este pur ipotetică, în special deoarece sulful formează de obicei numai lanțuri liniare, nu ramificate.

Arsenicul ca alternativă la fosfor

Arsenicul este similar cu fosforul din punct de vedere chimic, dar în general este otrăvitor pentru formele de viață de pe Pământ. Unele alge marine includ arsenic în moleculele organice, cum ar fi în arsenozaharuri și arsenobetaine. Ciupercile și bacteriile pot produce compuși ai arsenului metilic. Reducerea și oxidarea arsenicului au fost observate la microbi (Chrysiogenes arsenatis). În plus, unele procariote pot utiliza arsenicul ca acceptor de electroni în timpul creșterii anaerobe, iar alții îl pot folosi ca donator de electroni pentru a genera energie.

S-a speculat că cele mai vechi forme de viață de pe Pământ ar fi putut utiliza arsenicul în locul fosforului pentru realizarea structurii ADN-ului.

Autorii unui studiu de geomicrobiologie realizat în anul 2010, susținut de NASA, au arătat că o bacterie, numită GFAJ-1, colectată în sedimentele din lacul Mono din California, poate folosi arsenicul pentru realizarea structurii ADN-ului atunci când bacteria este cultivată într-un mediu fără fosfor. (Link: http://www.nasa.gov)

Solvenții – alternative la apă

Viața terestră necesită apa ca solvent. Acest lucru a dus la discuții despre faptul dacă apa este singurul lichid capabil să îndeplinească acest rol. Ideea că o formă de viață extraterestră s-ar putea baza pe un alt solvent decât apa a fost luată în serios de către biochimistul Steven Benner. Solvenții alternativi includ amoniacul, acidul sulfuric, formamida, hidrocarburile și, la temperaturi și presiuni mult mai mari decât cele de pe Pământ, azotul lichid sau hidrogenul sub formă de fluid supercritic.

Substanțele la o temperatură și o presiune mai mare decât punctul lor critic nu mai prezintă distincție între faza lichidă și faza gazoasă – acesta este un fluid supercritic.

Cercetarea în spațiu

Orice set de reacții interconectate, compatibile cu un mediu geochimic specific, se pot califica drept punct de plecare pentru un metabolism. Deși este posibil să existe doar o singură solutie, anume, viața asa cum o știm pe Pământ, nu există niciun motiv să credem că nu pot exista și alte forme de viață total diferite.

Instrumente pentru detectarea vieții au fost inițial planificate ca parte a încărcăturii roverului Athena, ce a avut ca destinație planeta Marte, însă au fost ulterior eliminate. Un instrument de analiză a carbonului a fost livrat de Beagle 2, dar aceasta misiune a eșuat. Nici Opportunity și Spirit nu au reușit să confirme prezența compusilor organici simpli, chiar dacă locațiile pe care le-au vizitat ar fi putut să conțină.

Poate că satelitul TESS ne va arăta ca nu suntem singuri în Univers. Arthur Clarke spunea că „există două posibilități: fie suntem singuri în Univers fie nu suntem. Ambele sunt la fel de înspăimântătoare”.

Bibliografie:
https://www.nature.com
http://www.nasa.gov
https://en.wikipedia.org
– „The universal nature of biochemistry”. Pace, NR (2001). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (3): 805–8.
– „The Limits of Organic Life in Planetary Systems” by the National Research Council.
Foto: https://wikimedia.org/

Astronomii au bănuit în ultimii 20 de ani unde se ascunde materia lipsă a universului. Dar de ce a durat atât de mult să o găsim?

Universul se joaca de-a v-ați ascunselea. Uneori însă, chiar și atunci când astronomii au o bănuială unde se poate ascunde ceea ce caută, le poate lua decenii de căutări pentru a o confirma. Cazul materiei lipsă din univers – un caz care pare a fi închis astăzi – este o astfel de situație.

În anii 1980, oamenii de știință știau ca pot observa doar o mică fracțiune din materia atomică – sau materia barionică. Știm ca materia reprezintă aproximativ 5% din univers – restul este energie întunecată și materie întunecată. Dar dacă ar număra toate lucrurile pe care le puteau vedea în univers – stele și galaxii – cea mai mare parte a materiei obișnuite tot ar lipsi.

Cât de multă materie lipsea și unde se putea ascunde, au fost întrebări care nu-și găsiseră un răspuns. În acest timp, astronomul David Tytler de la Universitatea din California, San Diego, a venit cu o modalitate de a măsura cantitatea de deuteriu din lumina unor quasari îndepărtați, folosind noul spectrograf la telescopul Keck din Hawaii. Datele lui Tytler au ajutat pe cercetători să înțeleagă câți barioni lipsesc în universul de astăzi, odată ce toate stelele și gazele vizibile sunt reprezentate: 90%!

Aceste rezultate au declanșat o furtună de controverse. Romeel Dave, un astronom de la Universitatea din Edinburg a spus că Tytler ar putea avea dreptate.

În 1998, Jeremiah Ostriker și Renyue Cen, astrofizicieni de la Universitatea Princeton, au creat un model cosmologic care a urmărit istoria universului încă de la începuturile sale. Modelul a sugerat că materia dispărută ar putea să existe sub formă de gaz difuz (și să fie nedetectabilă la acea dată) între galaxii.

Dave ar fi putut fi primul care să spună unde se găsesc barionii lipsă, înaintea lui Ostriker și Cen. Cu câteva luni de zile înainte de a-și publica lucrarea, Dave a făcut primul set de simulări cosmologice, care au făcut parte din doctoratul său. Teza sa asupra distribuției barionilor a sugerat că materia ar putea fi ascunsă în plasma dintre galaxii.

Au apărut tot mai multe instrumente mai sofisticate, iar în anul 2003, WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), a măsurat densitatea barionică a universului, așa cum era ea acum 380.000 de ani după Big Bang. S-a dovedit a fi aceeași densitate cu cea indicată de modelele cosmologice. Un deceniu mai târziu, satelitul Planck a confirmat aceste rezultate.

Odată cu eșecul de a găsi stele și galaxii ascunse unde ar putea să se ascundă materia nedetectată, atenția s-a îndreptat către spațiul dintre galaxii – mediul intergalactic distribuit pe miliarde de ani lumină, dar cu o densitate foarte scăzută. Acest spațiu a fost numit WHIM (warm-hot intergalatic medium). Materia lipsă se ascundea în filamentele dintre galaxii.

Unul dintre motivele pentru care a durat atât de mult descoperirea materiei lipsă este faptul că densitatea materiei între galaxii este extrem de scăzută. Celălalt motiv este că temperatura înaltă a filamentelor face ca elementul cel mai abundent (hidrogenul) să fie aproape complet ionizat – ceea ce înseamnă că nu are electroni care să producă caracteristici spectrale care ar putea fi folosite pentru detectarea acestuia. Cu toate acestea, ar putea exista urme de elemente mai grele, cum ar fi oxigenul, în care sunt legați câțiva electroni. Acești ioni pot produce caracteristici spectrale detectabile (dar extrem de slabe), de obicei în regiunile cu raze X și / sau ultraviolete ale spectrului electromagnetic.

Nicastro și alți colaboratori au observat razele X emise de un tip special de obiect astronomic cunoscut ca obiect BL Lacertae. Acestea sunt în mod obișnuit extrem de strălucitoare și nu au caracteristici spectrale intriseci (sau foarte puține) – cea ce face ușor detectarea oricărei absorbții a emisiilor altor obiecte aflate între acestea și Pământ, cum ar fi filamentele din rețeaua cosmică.

Obiectul studiat este numit 1ES 1553 + 113, și se află la peste 2.200 megaparseci distanță. Nicastro au observat acest obiect cu Telescopul Spațial XMM-Newton al Agenției Spațiale Europene timp de 20 de zile. Au obținut astfel un spectru cu un raport semnal-zgomot extrem de ridicat, care le-a permis să efectueze spectroscopie de înaltă rezoluție a caracteristicilor spectrale foarte slabe.

Acest tip de observare, care necesită mai mult de un milion de secunde de timp de expunere (aproximativ 20 zile) împinge cu adevărat limitele instrumentelor disponibile. Misiunile spațiale propuse, cum ar fi Universe Baryon Surveyor și Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics, vor avea spectrometre mult mai sensibile la razele X și vor putea oferi o hartă completă a barionilor în această rețea cosmică uriașă. (Foto: Nature.com)

O altă abordare pentru detectarea materiei constă în folosirea unui fenomen cunoscut sub numele de efectul Sunyaev-Zel’dovici, în care electronii de înaltă energie împrăștie fotoni în fundalul cosmic de microunde, distorsionând astfel ușor spectrul CMB. Electronii cu energie înaltă din afara galaxiilor și, probabil, și în filamentele rețelei cosmice, ar putea produce o distorsiune, dând un semnal care indică prezența barionilor. În același timp, constatările lui Nicastro și colegii lui oferă o minunată privire a unde se ascunde materia lipsă.

Bibliografie:

https://www.nature.com/
https://medium.com/

Isaac Newton a descris în anul 1687 efectele gravitației, însă nu a propus și un mecanism care să explice cum funcționează. Avea să mai treacă ceva timp până să se nască omul care avea să ne schimbe felul în care înțelegem gravitația.

În anul 1915 Albert Einstein a venit cu ideea că obiectele masive curbează spațiul-timpul. În teoria relativității generale, Einstein nu descrie gravitația ca o forță, ci ca o consecință a curburii spațiu-timpului cauzată de distribuția inegală a masei / energiei. Această curbură a spațiu-timpului dictează mișcarea materiei în univers, iar corpurile masive aflate în accelerare produc ondulații ale continuului spațiu-timp numite unde gravitaționale.

Teoria relativității generale a condus la o serie de predicții care au susținut verificarea experimentală. O predicție a acestei teorii este că undele gravitaționale sunt prezente peste tot în univers, dar Einstein credea că sunt prea mici pentru a putea fi detectate. Abia în anul 2016 undele gravitaționale au fost descoperite experimental, iar acest lucru ne oferă o nouă metodă de explorare a universului.

În forma curentă, teoria relativității generale este incompatibilă cu mecanica cuantică – iar asta poate fi un semn că ne așteaptă în curând o schimbare majoră în felul cum înțelegem universul.

Efectele gravitației

Gândește-te pentru un moment la efectul gravitației asupra corpului tău. Dacă ridici o mână simți efectul gravitației; gravitația este mereu pretutindeni – este stabilă, permanentă și neschimbată. Sau nu este așa?

Timp de sute de ani am putut anticipa efectele gravitației dar nu aveam nicio idee despre cum funcționează până când Einstein a schițat o imagine ciudată și neintuitivă a gravitației. În opinia lui Einstein, gravitația este departe de a fi o „forță” statică, constantă – ci este o parte fundamentală a universului care curbează spațiul-timpul în timp ce obiectele masive se mișcă prin el.

Predicțiile teoriilor lui Einstein au fost validate de nenumărate ori, iar acum, la 100 de ani de la formularea teoriei relativității, a fost validată o altă predicție: existența undelor gravitaționale.

Undele gravitaționale au fost descoperite în ciuda convingerii sale că vom putea vreodată să detectăm aceste unde.

Pentru a înțelege mai bine gravitația, să ne întoarcem puțin la Isaac Newton și la primele legi ale gravitației.

Newton – primele legi ale gravitației

Newton a publicat în anul 1687 una dintre cele mai celebre lucrări științifice numită „Principia”. În această lucrare Newton a descris că forța care trage obiectele în jos spre pământ este aceeași forță care se află și în spatele mișcării planetelor și stelelor.

Pentru a ajunge la această concluzie, Newton și-a imaginat că ia un obiect și îl aruncă departe în sus. Dacă îl arunca cu un impuls prea mic, cădea înapoi pe Pământ, prins de gravitație precum suntem și noi. Dacă îl arunca cu un impuls prea mare, se va îndepărta de Pământ și va ajunge în spațiu unde-și va începe călătoria cosmică fără a se mai întoarce pe Pământ. Dar cu impulsul potrivit, poate fi aruncat pe orbită astfel încât să cadă continuu în jurul Pământului, rămânând legat de planetă precum o remorcă.

La o altitudine și o viteză potrivită, obiectul este acum pe orbită în jurul Pământului – la fel ca Luna, sau ca Pământul în jurul Soarelui.

Newton a formulat această perspectivă într-o ecuație matematică, cunoscută astăzi drept legea gravitației universale. Când este combinată cu geometria și alte ecuații de mișcare ale sale, o putem folosi pentru a face predicții despre mișcarea planetelor, despre căile cometelor sau despre câtă forță este necesară pentru a trimite o rachetă pe Lună.

Newton nu este cunoscut doar pentru ideea sa, ci pentru că a formulat acea idee într-o ecuație care a făcut posibil predicții cu o precizie mai mare ca oricând. Cu toate acestea, ecuațiile lui Newton au produs preziceri incorecte și, cel mai important, nu a descris modul în care funcționează gravitația. Newton era conștient de acest lucru când a spus:

„Gravitația trebuie să fie cauzată de un agent care acționează în mod constant în conformitate cu anumite legi; dar dacă acest agent este material sau imaterial, am lăsat în seama cititorilor mei.”

Distorsiuni ale spațiu-timpului

Timp de mai bine de 200 de ani de la publicarea lucrării „Principia”, lumea nu înțelegea mecanismul gravitației. Asta până când s-a născut Albert Einstein – un om care avea să schimbe lumea în multe feluri. Dar înainte de a ajunge la munca sa, va trebui să mai facem un mic ocol.

În anul 1632, înainte ca Newton să publice lucrarea, Galileo Galilei a scris despre mișcarea relativă a obiectelor familiare în perioada sa: vapoarele.

Dacă te afli într-o cameră închisă pe o navă care navighează cu o viteză constantă și marea este perfect liniștită, obiectele din cameră se comportă la fel ca pe uscat. Nu există un experiment fizic pe care să-l poți face pentru a spune dacă te miști sau staționezi (presupunând că nu privești pe fereastră și nu ai nici GPS). Aceasta este ideea principală din spatele relativității și este același motiv pentru care nu simțim mișcarea planetei noastre în jurul soarelui sau mișcarea sistemului nostru solar prin galaxie.

Spațiul și timpul sunt legate

După aproape 300 de ani după Galileo, Einstein a realizat consecințele relativității în contextul unui factor important: viteza luminii. Nu era singurul care se gândea la aceste subiecte – dar alți fizicieni erau la acea vreme conștienți de faptul că erau întrebări fără răspuns.

Einstein a formulat o teorie (teoria relativității restrânse) pentru a explica fenomenele existente și pentru a crea noi predicții. La început, relativitatea restrânsă nu părea să aibă prea mult de-a face cu gravitația, dar a fost o cărămidă esențială pentru Einstein pentru înțelegerea gravitației.

Ceasurile în mișcare se mișcă mai greu

Experimentele din vremea lui Einstein au arătat că viteza luminii este constantă. Indiferent cât de repede ai încerca să o prinzi, ea se va îndepărta de tine cu aproape 300.000.000 metri pe secundă. De ce este acest aspect important? Ei bine, să ne imaginăm construirea unui ceas folosind lumina. Două oglinzi sunt poziționate față în față, una cu fața în sus și alta în jos, iar o bătaie a ceasului reprezintă timpul cât îi ia unei particule de lumină să călătorească până la cealaltă oglindă și înapoi.

Acum să ne imaginăm un astronaut, care se află pe o navă spațială ce trece pe lângă Pământ, că are și el un astfel de ceas. Pentru astronaut, ceasul pare să funcționeze normal – particulele de lumină călătoresc între cele două oglinzi în sus și în jos iar timpul se desfășoară în mod obișnuit. Dar din punctul tău de vedere, uitându-te la trecerea navei, lumina se mișcă atât în sus cât și în jos, cât și în lateral o dată cu nava. Lumina călătorește mai mult cu fiecare bătaie.

Dacă pentru astronaut lumina călătorește cu 300.000.000 m / s, dar trebuie să călătorească doar în sus și în jos; iar pentru tine lumina călătorește tot cu aceeași viteză, dar efectuează o distanță mai mare (pe diagonală, pentru că nava se află în mișcare), perioada bătăii ceasului este mai mare. Acest efect se numește dilatarea timpului. Cu cât călătorim cu o viteză mai mare prin spațiu, cu atât mai lent călătorim prin timp.

Perspectiva contează

Dar al cărui timp este într-adevăr încetinit? Al tău, pe Pământ, sau al astronautului? În mod ciudat, ambele sunt valide – dar numai în timp ce ambele sunt în mișcare constantă.

Pentru a ilustra acest aspect, să presupunem că atunci când astronautul a părăsit Pământul, atât observatorul de pe Pământ cât și astronautul aveau aceeași vârstă. Când pleacă, nava spațială accelerează îndepărtându-se de Pământ. Când se întoarce, nava încetinește pentru a putea ateriza. Și la plecare și la întoarcere, astronautul poate simții accelerația și încetinirea. Experimentele efectuate în interiorul navei spațiale în timpul accelerației și a decelerării ar arăta că nava își schimbă sistemul de referință. În fizică, sistemul de referință descrie mișcarea, fiind reperul în raport cu care se descrie mișcarea sau repausul. O persoană care călătorește într-o mașină se află într-un cadru de referință diferit decât cineva care călătorește într-o mașină cu o viteză sau o direcție diferită.

Asta distruge simetria, iar când nava spațială se întoarce pe Pământ, astronautul va fi cu adevărat mai tânăr decât observatorul de pe Pământ. Efectele sunt perceptibile doar dacă călătorește cu adevărat, foarte, foarte repede.

Cele patru dimensiuni ale spațiu-timpului

În urma teoriilor menționate mai sus, nu ne mai putem gândi la trei dimensiuni ale spațiului plus una distinctă a timpului, ci putem considera spațiul-timpul ca o singură dimensiune. Cu cât călătorim mai repede prin spațiu, cu atât ne deplasăm mai lent în timp și invers.

O altă consecință a relativității restrânse este aceea că obiectele care se mișcă cu o viteză mare par să se contracte în dimensiune, în direcția mișcării lor.

Acest lucru rezultă din distorsionarea timpului – contracția lungimii este un fizic real și nu doar un rezultat al măsurătorilor imprecise. Spre deosebire de diferențele de vârstă care pot apărea din timpul dilatării timpului, nu există efecte secundare datorate contracției lungimii odată ce obiectul aflat în mișcare se oprește sau ajunge la aceeași viteză cu observatorul.

Descrierea lui Einstein a gravitației a dus la situații bizare precum relativitatea specială – asta include și călătoriile în timp (dacă se poate numi așa)!

Accelerația și gravitația sunt de nedistins

Imaginează-ți că te trezești într-o navă spațială, accelerând spre spațiu. Vei fi împins așa cum suntem în scaunul unei mașini atunci când accelerează. Efectul este același ca și pe Pământ. Simțim forța accelerației așa cum simțim și forța gravitației.

Există un experiment fizic pe care l-am putea face în limitele navei pentru a spune dacă într-adevăr am accelerat prin spațiu (presupunând că nu avem ferestre prin care să privim) sau dacă, am fi într-o navă spațială staționară pe Pământ? Einstein a spus nu – așa cum Galileo și-a imaginat imposibilitatea de a distinge între o persoană în interiorul unui vapor și o persoană pe uscat, Einstein și-a dat seama că efectele accelerației și ale gravitației nu puteau fi distinse. Acestea se numește principiul echivalenței.

Spațiul se curbează la accelerare

Odată ce Einstein a formulat principiul echivalenței, gravitația a devenit mai puțin misterioasă. A putut să aplice cunoștințele de accelerare pentru a înțelege mai bine gravitația.

S-ar putea să știi că accelerația nu înseamnă întotdeauna o schimbare a vitezei, ca atunci când acceleram într-o mașină, împingându-te în scaun. De asemenea, poate însemna o schimbare în direcție, precum în cazul în care trecem prin-trun un sens giratoriu, determinându-ne să ne aplecăm spre partea laterală a mașinii.

Gravitația este curbarea spațiu-timpului

Principiul echivalenței ne spune că efectele gravitației și ale accelerației sunt de nedistins, însă mișcarea accelerată poate curba spațiul-timpul. Aici Einstein a ajuns la concluzia că gravitația este de fapt curbura a spațiu-timpului. Gravitația este cauzată de corpuri masive care determină calea pe care obiectele din jur călătoresc, iar această curbură a spațiu-timpului este dinamică, mișcându-se o dată cu aceste obiecte.

Teoria relativității generale prezice totul, de la orbitele stelelor până la ciocnirea asteroizilor.

Spațiu-timpul prinde masa, spunându-i cum să se miște – masa prinde spațiu-timpul, spunându-i cum să se curbeze (John Wheeler).

Predicțiile lui Einstein, oricât ar fi de ciudate și neintuitive, au trecut testul timpului și au fost validate de nenumărate ori.

Bibliografie:

http://www.einstein-online.info
http://curious.astro.cornell.edu
https://www.science.org.au
http://web.hep.uiuc.edu

În fiecare moment se întâmplă unul dintre cele mai importante lucruri din viața ta: diviziunea celulelor din corpul tău. Începem viața ca o singură celulă, dar până la maturitate, ajungem să fim alcătuiți din trilioane de celule. Acest număr depinde de mărimea persoanei, dar biologii au estimat că suntem alcătuiți din aproximativ 37 de trilioane de celule.

Atunci când ne rănim sau ne tăiem într-un obiect ascuțit pielea se vindecă în doar câteva zile. Cum este posibil asta și cum știu celulele când să se oprească din diviziune? Vom vedea asta puțin mai târziu.

Atunci când celulele se divid, ele crează celule noi. O singură celulă se împarte pentru a face două celule, iar aceste două se divid din nou pentru a forma 4 celule și așa mai departe. Acest proces este numit „diviziune celulară” și „reproducere celulară”, deoarece celulele noi se formează atunci când celulele vechi se divizează. Această capacitate a celulelor de a se diviza este prezentă doar la organismele vii.

De ce se divid celulele?

Celulele se divid din mai multe motive. De exemplu, atunci când cazi și te rănești la genunchi, celulele încep să se dividă pentru a înlocui celulele vechi, moarte sau deteriorate. De asemenea, celulele se divid astfel încât organismele să poată crește dar și pentru a înlocui celulele moarte. Atunci când organismele cresc, celulele nu devin din ce în ce mai mari, ci se divid mai des, pentru a produce tot mai multe celule. La oameni, aproape 2 trilioane de celule se divid în fiecare zi.

În funcție de tipul de celulă, există două tipuri de diviziune celulară: o diviziune vegetativă, în care fiecare celulă copil va fi identică din punct de vedere genetic cu celula părinte (proces denumit mitoză) și o diviziune celulară reproductivă, în urma căreia numărul cromozomilor din fiecare celulă fiică este redus la jumătate pentru a asigura producerea unor gameți haploizi (proces denumit meioză). Cel de-al doilea proces este important pentru reproducerea sexuată și asigură diversitatea genetică.

Cum știe o celulă să se oprească din diviziune?

Mecanismele de semnalizare intercelulară au existat cu mult înainte să apară organismele pluricelulare. Celulele comunică prin intermediul a sute de molecule semnalizatoare ce includ proteine, peptide mici, aminoacizi, nucleotide, steroizi, retinoizi, derivați ai acizilor grași și chiar gaze dizolvate precum oxidul de azot și monoxidul de carbon. Majoritatea acestor molecule semnalizatoare sunt secretate de celula semnalizatoare prin exocitoză. Altele sunt eliberate prin difuzie prin membrana plasmatică în timp ce unele rămân strâns legate de membrana plasmatică și influențează doar celulele care vin în contact cu celula semnalizatoare.

Indiferent de natura semnalului, celula țintă răspunde prin intermediul unei proteine specifice numite receptor. Aceasta leagă molecula semnalizatoare și inițiază un răspuns în celula țintă. Multe dintre moleculele extracelulare semnalizatoare acționează în concentrații foarte mici (în general mai puțin de 10-8M) iar receptorii care le recunosc, le leagă cu o afinitate foarte mare (constanta de afinitate Ka > 108 litri/mol). În cele mai multe cazuri, receptorii sunt proteine transmembrane situate la suprafața celulei țintă. Receptorii se activează când se leagă molecula extracelulară semnalizatoare (ligandul), generând o cascadă de semnale intracelulare care alterează comportamentul celulei. În unele cazuri, receptorii sunt situați în interiorul celulei și ligandul semnalizator trebuie să pătrundă în celulă pentru a o activa.

Atunci când ne tăiem, un întreg lanț de evenimente este pus în mișcare. Corpurile noastre se pot repara singure, cu condiția ca rănile să nu fie foarte grave. Dacă pielea nu s-ar putea vindeca, cel mai probabil am sângera până la moarte, chiar și din tăieturi foarte mici. Totodată, pielea este o barieră foarte bună împotriva virusurilor și a bacteriilor.

Când pielea este tăiată, celulele deteriorate eliberează mai multe substanțe chimice. Aceste substanțe chimice fac ca vasele de sânge din zona din apropiere să devină mai mari astfel încât fluxul de sânge în zonă crește iar lichidele din sânge sunt eliberate în țesuturile deteriorate. Acesta este motivul pentru care tăieturile devin adesea roșii și umflate. Acesta este un lucru important, deoarece sângele nostru conține trombocite care opresc sângerarea (homeostază), iar acesta este primul pas pentru vindecare. După ce celulele albe din sânge dezinfectează rana, urmează ultima fază de vindecare, proces ce implică regenerarea celulelor: unirea pielii și repararea țesutului deteriorat, inclusiv vasele de sânge. Corpul începe să creeze un țesut fibros ce oferă flexibilitate și rezistență ce va deveni mai întâi o cicatrice.

Celulele deteriorate sau moarte atrag trombocitele (prin eliberarea unui compus organic numit adenozindifosfat), iar trombocitele, la activare, eliberează o multitudine de mediatori biologici precum diverse citokine, chemokine și factori de creștere, inclusiv CXCL12. Mediatoarele derivate de trombocite induc și modulează pe rând activarea fibroblastelor, atragerea de leucocite iar apoi neutrofilele urmate de macrofage, care elimină celulele moarte și resturile celulare.

Practic acești mesageri chimici fac ca celulele din jur să se dividă și să înlocuie celulele moarte. Procesul de vindecare se oprește după ce celulele deteriorate sunt eliminate de macrofage și prin urmare, în lipsa lor, trombocitele nu mai sunt atrase și activate.

Bibliografie:

http://www.bloodjournal.org/content/122/15/2550
https://askabiologist.asu.edu/cell-division
https://www.futurity.org/cell-size-1015542-2/
http://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=3069

Oamenii sunt speriați când aud de radioactivitate, însă radioactivitatea poate salva vieți. Un exemplu în acest sens este detectorul de fum de uz casnic.

Există doua tipuri de detectoare de fum, fotoelectrice, folosind un senzor optic, sau ionizante, ce folosesc o cameră de ionizare care conține un material radioactiv. Aceste două tehnologii sunt utilizate cel mai bine împreună, deoarece sunt sensibile la particule de fum de dimensiuni diferite.

Un detector de fum modern conține aproximativ 1,0 microcurie din elementul radioactiv americiu, care este echivalent cu 37 kilobecquerel (37.000 de dezintegrări pe secundă).

Izotopul americiu utilizat în detectoarele de fum este americiu-241, având un timp de înjumătățire de 432,2 ani.

Americiul-241 este creat în reactoare nucleare prin iradierea plutoniului-239 cu neutroni. Atomii de plutoniu-239 tind să fisioneze atunci când sunt iradiați cu neutroni, dar o parte a atomilor vor absorbi un neutron în schimb, formând plutoniu-240, apoi va absorbi un alt neutron, formând plutoniu-241.

Plutoniul-241 este apoi scos din reactor și suferă în cele din urmă o dezintegrare beta pentru a deveni americiu-241.

Cum funcționează?

Americiul-241 se dezintegrează prin emiterea de particule alfa, particule puternic încărcate pozitiv. Particulele alfa ionizează aerul din camera detectorului, permițând curgerii unui curent electric între doi electrozi. Fumul absoarbe multe dintre particulele alfa, lăsând mai puține particule pentru ionizarea aerului. Astfel, aerul devine mai puțin ionizat și conduce mai puțină electricitate. Dacă aerul care intră în camera de detecție conține fum, cantitatea de curent care curge între cei doi electrozi scade, iar această scădere a curentului declanșează alarma.

Este americiul periculos?

Un detector de fum emite aproximativ 37.000 de particule alfa pe secundă, dar foarte puține dintre acestea ies din detector. Energia particulelor este de aproximativ 54, MeV și pot fi oprite de o bucată de hârtie sau câțiva centimetri de aer și nu pot pătrunde în epidermă. Nu există niciun pericol datorită acestei radiații, cu excepția în care americiul este inhalat sau ingerat. De aceea este o idee proastă să desfacem un detector de fum sau să-l ardem, deoarece acest lucru ar putea elibera americiumul în cameră.

Cu toate acestea, americiumul-241 emite și raze gamma, care pot pătrunde mult mai ușor decât particulele alfa. Utilizarea detectorului de fum casnic provoacă o doză de radiație de doar 9-50 nSv (nanosievert) pe an. Pentru a pune acest lucru în evidență, doza primită în urma consumului unei banane este de aproximativ 3,6 mSv (microsievert) – un microsievert = 1000 nanosievert, iar o doză letală este de aproximativ 5 Sv (sievert).

Cu alte cuvinte, radiațiile de la detectoarele de fum sunt neglijabile în comparație cu alte surse de radiații, deci ar trebui considerate sigure.

Sursa foto: https://en.wikipedia.org/wiki/Smoke_detector

Molecula de apă este un compus chimic al hidrogenului și al oxigenului, având formula chimică H2O (formată din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen).

Hidrogenul, primul element chimic necesar pentru a obține apă, este cel mai simplu element chimic (are numărul atomic 1, deci este format dintr-un singur proton) și este cel mai răspândit în univers. Hidrogenul împreună cu heliul (număr atomic 2) alcătuiesc 98% din materia universului (75% hidrogen și 23% heliu).

Viața pe Pământ s-a adaptat pentru a respira oxigen. Deși oxigenul pur este otrăvitor, organismele au învățat să-l folosească în diverse reacții chimice necesare metabolismului. Oxigenul favorizează combustia iar dacă atmosfera n-ar fi conținut atât de mult azot, atunci orice scânteie ar fi făcut ca întregul Pământ să fie cuprins în flăcări. Oxigenul este cel de-al treilea element chimic ca abundență în univers (aproximativ 1%), după hidrogen și heliu. Toate celelalte elemente chimice din tabelul periodic alcătuiesc restul de 1%.

Putem crea apă pură prin combinarea hidrogenului cu oxigenul, 2H2 = O2 -> 2H2O. Atenție însă, această reacție este spontană și explozivă.

Multe alte reacții pot fi folosite pentru a produce apă. Apa se poate produce și prin arderea hidrocarburilor (de exemplu, metan sau octan). Arderea hidrocarburilor va produce și apă, printre alți compuși chimici. Un alt exemplu este reacția dintre bicarbonatul de sodiu și oțet. Reacția produce acid carbonic (H2CO3) care se descompune rapid în dioxid de carbon și apă.

Apa se mai poate obține și prin neutralizare (un tip de reacție chimică în care un acid reacționează cantitativ cu o bază).

Dacă ingredientele necesare pentru a obține apă sunt atât de abundente, de ce apa este atât de rară în univers? Sau nu este?

Ingrediente necesare

Amestecarea celor două gaze nu este suficientă pentru a începe reacția. Pentru ca gazul de hidrogen și oxigenul să reacționeze pentru a forma apă, trebuie să adăugăm o anumită cantitate de energie în sistem pentru a porni reacția, iar această energie se numește „energie de activare”. O sursă bună de energie ar putea fi o flacără deschisă. Odată ce reacția a început, energia emisă în timpul reacției exotermice este suficientă pentru a crea o reacție în lanț.

În reacțiile chimice obișnuite (spre deosebire de reacțiile nucleare), se aplică legea conservării masei, adică, masa produselor este egală cu masa substanțelor reactante. Dacă luăm hidrogen (H2) și oxigen (O2) pentru a forma apă, atunci reacția chimică este următoarea: 2H2 (g) + O2 (g) -> 2H2O (g). Dacă calculăm masa pentru substanțele reactante și pentru produse pentru această reacție, masa va fi egală. 3 moli de gaz (2 moli H2 + 1 mol O2) reacționează formând 2 moli de de gaz (2 moli de H2O). Masa este egală, dar volumul este scăzut (mai ales după ce apa se condensează într-un lichid). În această reacție aproape tot hidrogenul și oxigenul reacționează foarte rapid pentru a forma vapori de apă.

Deși H2O nu poate exista în stele, hidrogenul și oxigenul pot exista în acestea separat. Hidrogenul este materialul de construcție de bază al universului, creat în Big Bang. Și asa cum am discutat mai sus, este și cel mai abundent în univers. Oxigenul este creat prin reacții nucleare în stele. De fapt, aproape tot oxigenul din spațiu este găsit sub formă de apă sau monoxid de carbon. În mod similar, carbonul și azotul din spațiu se găsesc, de asemenea, în formele lor cele mai hidrogenate: metanul (CH4) și amoniacul (NH3). Și așa cum ar fi de așteptat, în univers există cantități enorme de apă.

Cum s-a format apa pe Pământ?

Știm cum se poate produce apă dar adevărul este că nu știm exact cum a apărut apa pe Pământ. Este posibil ca apa să fi fost întotdeauna prezentă în mantaua Pământului și a fost eliberată treptat la suprafață de către vulcani.

O altă ipoteză spune că apa a fost adusă pe Pământ de asteroizi. Am descoperit că există apă pe Marte, pe Lună dar și pe alte planete sau sateliți. Este posibil ca apa să fi fost adusă de asteroizi deoarece nu există încă dovezi până în prezent care să arate activitate vulcanică pe acestea.

În 1974 s-a descoperit că mantaua Pământului conținea mai multe metale prețioase decât s-a estimat. Aceste elemente grele au fost atrase în nucleul de fier al planetei încă de la începutul formării Pământului. Această descoperire a adus la ideea că asteroizii care lovesc Pământul au adus un surplus de elemente chimice. Este posibil ca acești asteroizi să fi adus pe lângă metale prețioase și substanțe „volatile” precum carbonul și apa, despre care se știe că există pe un tip de asteroizi de tip C (condrită carbonică).

În anul 2017 un studiul publicat în revista Nature, realizat de Mario Fischer-Godde de la Institutul pentru Planetologie, Universitatea din Munster, a arătat că ruteniul din mantaua Pământului are o compoziție izotopică diferită de cea găsită în asteroizii din sistemul solar care au ajuns pe Pământ.

Se consideră că excesul de elemente volatile și de apă au fost aduse de asteroizi (de tip C) sau comete, însă până în 2017 nu a fost stabilită sau exclusă o legătură „genetică”. O astfel de legătură poate fi determinată folosind izotopi de ruteniu, așa cum a observat Mario Fischer-Godde. Anomaliile izotopului de ruteniu au demonstrat că elementul format la o distanță heliocentrică mai mare conține variații mai mari ale izotopilor și prin urmare, asteroizii nu au fost sursa primară de elemente volatile și apă pe Pământ.

Această lucrare se adaugă la alte cercetări care arată că apa era abundentă pe Pământ imediat după impactul uriaș cu planeta Theia (eveniment estimat că a avut loc acum 4,5 miliarde de ani) din care avea să se nască singurul nostru satelit natural. De exemplu, s-au descoperit cele mai vechi minerale terestre, precum zirconiul, cristalizat în magmă, unde interacționa cu apa lichidă. Aceste minerale au vârste cuprinse între 4,1 și 4,3 miliarde de ani.

Mai mult de atât, doar pentru că un asteroid transportă apă, nu înseamnă că aceasta va ajunge și va rămâne pe Pământ. Din contră, Pământul ar fi putut pierde mai multă masă decât ar fi câștigat-o în timpul impacturilor violente. Deși este o teorie neprobată, studiul recent al craterului din Sudbury, Canada, a dezvăluit că acea coliziune a vaporizat în cea mai mare parte a substanțelor volatile.

Un alt indiciu potrivit căreia oceanele planetei s-au format foarte timpuriu este că pe Pământ există mai mult clor decât ne-am fi așteptat. Prezența timpurie a apei lichide ar fi dat clorului ceva în care să se dizolve și astfel să contribuie la prevenirea risipirii sale în spațiu. Mai mult, geochimiștii susțin că oceanele Pământului nu s-au format din comete glaciare deoarece conțin cantități diferite de hidrogen greu (deuteriu).

Toate aceste dovezi sugerează că hidrosfera lichidă a Pământului provine din interiorul Pământului. Apa a fost stocată în mantaua Pământului sub forma unor grupări hidroxilice (un atom de hidrogen și un atom de oxigen) prinse în minerale precum silicat de magneziu. Atunci când mantaua s-a topit, apa s-a dizolvat în magmă. Pe măsură ce magma s-a ridicat la suprafață și s-a răcit, presiunea a scăzut și s-au format cristale iar apa s-a eliberat și a fost emisă sub formă de vapori prin vulcani. Prin acest mecanism, apa de la o adâncime mare a putut fi eliberată la suprafață.

Este important să înțelegem că apa poate fi reciclată înapoi în manta. Asta înseamnă că există un echilibru între apa din oceane și cea stocată în mantaua Pământului. Ceea ce știm este că nivelul mediu al suprafeței mării în raport cu suprafața uscată a rămas relativ constant în aproape 4 miliarde de ani. Acest lucru sugerează faptul că un ciclu constant de apă care apare și care este absorbit în manta a ajutat semnificativ viața să continue de-a lungul istoriei sale pe această planetă.

Abundența apei în Univers

Cât de abundentă este apa în univers? Este foarte probabil să existe chiar și la suprafață pe toate planetele care au o atmosferă ce conține cantități suficiente de ozon.

Soarele, pe lângă alte radiații, emite raze ultraviolete care pot descompune moleculele de apă înapoi în oxigen și hidrogen. Dar același Soare, la începutul sistemului solar, a împrăștiat în jur gaze prin radiații numite vânturi solare. O parte au ajuns pe Pământ și au format atmosfera terestră. În stratosferă, o moleculă de oxigen (O2) când absoarbe razele ultraviolete de la Soare este descompusă în 2 atomi de oxigen (O + O). Cei doi atomi sunt acum liberi să reacționeze cu o moleculă de oxigen (O2) pentru a crea o moleculă de ozon (O3). Astfel, atmosfera Pământului a realizat un strat protector ce a permis apei și mai apoi a vieții să existe.

Atmosfera pe alte planete

Dacă atmosfera joacă un rol important pentru existența apei lichide la suprafața planetei, cât de comune sunt planetele care au atmosferă? Factorul care determină dacă o planetă are o atmosferă stabilă este forța gravitației. Planetele masive au o gravitație puternică iar moleculele de gaze nu pot scăpa în spațiu. Pe de altă parte, un corp mic precum Mercur sau Luna, nu pot ține gazele laolaltă deoarece viteza termică a moleculelor este mai mare decât gravitația. Însă celelalte planete din sistemul nostru solar au atmosferă și avem chiar 4 giganți gazoși despre care putem spune că sunt aproape în totalitate „atmosferă”: Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun.

Prezența apei trebuie să fie un lucru comun și în alte sisteme solare. S-au descoperit multe planete care se află în zona locuibilă circumstelară (regiune în spațiu definită pe baza condițiilor pentru a asigura existența apei în stare lichidă) însă va trebui să așteptăm până în martie 2021, când va fi lansat telescopul James Webb, pentru a descoperi dacă suntem sau nu singuri în univers.

Bibliografie:
https://www.nature.com/articles/35051557
https://www.nature.com/articles/nature21045
https://periodictable.com/
https://pubs.geoscienceworld.org/

În Decembrie 2019, WHO (World Health Organization) a fost informată despre apariția unor cazuri de pneumonie cu etiologie necunoscută în Wuhan, oraș din provincia Hubei, China. Din 31 decembrie până pe 3 ianuarie 2020, autoritățile chineze au raportat 44 de pacienți-cazuri, care erau infectați cu un tip de coronavirus ce nu mai fusese întâlnit la oameni. În prezent, virusul s-a răspândit și în alte țari, atât în interiorul cât și în exteriorul Asiei, fapt care a obligat WHO să anunțe apariția unei pandemii. Cazurile de COVID-19 sunt considerate pandemice datorită ratei globale rapide de răspândire. Virusul a infectat mai mult de jumătate de milion de oameni și este prezent în peste 175 de tari. A ucis mai mult de 22.000 de oameni și are un procent de fatalitate de 4.4%. WHO au schimbat clasificarea situației COVID-19 în pandemie la data de 11 Martie 2020. Cuvântul pandemie nu trebuie folosit cu ușurință deoarece poate produce panica sau o acceptare nejustificata a faptului ca “lupta” s-a terminat, ceea ce duce la suferință și morți inutile. Trebuie luat în calcul ca COVID-19 este o boala nouă și că informațiile disponibile despre virus și efectele sale se schimbă de la o zi la alta. Grupurile cu riscul cel mai mare de complicații severe sunt persoanele în vârstă și cele cu sistemele imunitare compromise. Dar asta nu înseamnă că nu vor exista cazuri grave și morți în rândul celorlalte categorii de vârste.

Pandemia este un tip de epidemie ce descrie o boală care afectează țări, continente întregi sau tot globul. O epidemie devine pandemie atunci când se împrăștie peste mari zone geografice și afectează procente mari din populație. Este cauzată de un virus sau o nouă formă de virus ce nu a mai circulat prin populațiile umane, iar oamenii au foarte puțină imunitate. Exemple de pandemii: pandemia de gripa din 1968, pandemia SIDA și ciuma bubonica. Epidemia este apariția unei boli care se împrăștie repede și afectează o comunitate sau o zona geografică. Exemple de epidemii: gripa spaniola din 1918, epidemia de pojar din 1981-1991 și epidemia de tuse convulsiva din 2014.

Acești termeni, epidemie și pandemie, nu sunt folosiți niciodată pentru a indica severitatea unei boli, ci doar pentru a descrie cât de repede se împrăștie boala. Declararea stării de pandemie permite agențiilor medicale naționale și globale să abordeze situația într-un mod mai drastic. Folosirea termenului de pandemie subliniază și importanța faptului că țările trebuie să facă un efort comun pentru a controla pandemia. WHO consideră că COVID-19 poate fi o pandemie controlată dacă se respectă practicile preventive.

Ce este COVID-19?

SARS-CoV-2 e un coronavirus, adică face parte dintr-o familie de virusuri care afectează sistemele respiratorii ale mamiferelor. De regulă afectează doar animalele, dar poate face saltul la om. Primul salt a fost SARS, în anul 2002, tot în China. SARS a afectat doar populația din China și Hong King, dispărând complet în 2003. Celalalt salt este MERS, care a apărut în Arabia Saudita, în 2012. Infectarea oamenilor cu coronavirus necesită contact direct cu un animal infectat. Liliecii sunt unii dintre purtătorii cei mai comuni de virus, deși, în mod normal, nu au cum sa transmită virusul direct către oameni. Aproape întotdeauna infecția are loc prin intermediul unui animal intermediar, cum ar fi animalele de companie. Virusul SARS s-a transmis de la civete la oameni, în timp ce virusul MERS s-a transmis de la dromaderi la oameni. De cele mai multe ori este foarte dificil de stabilit care este animalul de la care a pornit infecția. În cazul COVID-19, rapoartele inițiale din China au indicat o piață din Wuhan. Piața fost închisă pe 1 ianuarie. Rapoartele ulterioare indică faptul ca piața din Wuhan nu a fost singurul focar, deoarece unii dintre oamenii bolnavi nu aveau legătură cu acea piață. Încă nu s-a putut determina sursa virusului sau dacă a existat un singur focar de infecție.

Care sunt simptomele?

Asemenea celorlalte coronavirusuri, COVID-19 afectează căile respiratorii. În general, persoana infectata prezintă febră, tuse și deficienta respiratorie. Totuși simptomele pot varia de la forme foarte ușoare (simpla tuse sau senzație de disconfort în gât) la forme foarte severe (pneumonie, stop respirator și deces) în funcție de starea de sănătate a celui infectat. Din păcate, simptomele sunt generice, lucru care îngreunează identificarea cazurilor COVID-19. Singurul mod în care se poate identifica corect un caz COVID-19 e prin testele de laborator.

Virusul Wuhan, coronavirusul Wuhan, coronavirusul chinez, 2019-nCoV, Covid-19 sau SARS-CoV-2

La început, ziarele și cercetătorii (chiar și cei din China) foloseau numele “virusul Wuhan”. Apoi a devenit “coronavirusul Wuhan” si “coronavirusul chinez”, ulterior devenind “2019-nCoV”. În final, pe 11 februarie 2020 WHO i-a dat bolii numele oficial: COVID-19. Denumirea Covid-19 se referă la boala. “Co” se referă la corona, “vi” se referă la virus, iar “d” la disease (boală). Virusul care cauzează boala este SARS-CoV-2, denumirea oficiala data de  I.C.T.V. (International Committee on Taxonomy of Viruses). Porțiunea “SARS” se referă la legătura genetică cu virusul care a produs focarele SARS din 2003. În testele de laborator pacienții sunt găsiți cu rezultat pozitiv de SARS-CoV-2, nu de Covid-19, deoarece virusul este cel contagios, nu boala. WHO precizează clar acest lucru pe siteul lor: deși virusul are un nume oficial, WHO nu se referă aproape niciodată la el ca fiind SARS-CoV-2. Preferă să folosească “virusul responsabil de Covid-19” sau “virusul Covid-19”. Această etichetare a virusului e datorată combinației, potențial explozive, de criza de sănătate publica și rivali geopolitici. În prezent, pe măsura ce numărul de cazuri noi din China începe să scadă, politicienii americani continuă sa se refere la virus ca “virusul chinez”, alți oficiali ai Casei Albe l-au numit “gripa kung fu”. O denumire face mult mai mult decât să transmită o simpla informație. În acest context, felul în care WHO face referire la virus devine foarte important. Pe siteul WHO se precizează că se evita folosirea denumirii SARS-CoV-2 deoarece poate produce panica în unele zone, mai ales în Asia, care a fost cea mai afectată de SARS în 2003. SARS-Cov-2 este denumirea tehnică a virusului, în timp ce COVID-19 este denumirea folosită de omul de rând.

WHO a folosit o denumire care sa nu facă referire la o zonă geografică, la un animal, la un individ sau la un grup de indivizi. Pe lista de boli epidemiologice și pandemice există astfel de nume: MERS (Middle East respiratory syndrome), febra Lassa (se referă la un oraș din Nigeria) etc. În publicațiile științifice, gen Lancet sau New England Journal of Medicine, cercetătorii folosesc ambii termeni, “Covid-19” și “SARS-CoV-2”, dar niciodată “virusul Covid-19”. În publicațiile de specialitate se face o distincție clară între boală și virus.

Cum putem preveni infectarea?

Pentru a preveni infectarea cu COVID-19 nu sunt necesare măsuri drastice în cazul individului. Se aplică aproximativ aceleași reguli de igienă personală ca la oricare alt virus sau bacterie ce se transmite prin contact direct:

– păstrarea unei distante de cel putin 1 m față de persoanele din jurul nostru.

– spălarea mâinilor cu apă și săpun, în mod regulat, timp de cel putin 20 de secunde.

– în cazul în care mâinile nu sunt vizibil murdare, se poate folosi o soluție hidro-alcoolică (concentrație alcool minim 70%). Dar numai dacă nu avem acces la apă și săpun.

– acoperirea gurii și nasului când tușim sau strănutăm.

– gătirea corespunzătoare a ouălelor și cărnii crude.

– evitarea contactului cu persoanele ce prezintă simptomele unei boli respiratorii.

– evitarea atingerii fetii, ochilor, nasului și gurii.

– mastile, servetelele, manusile si celelalte consumabile folosite trebuie aruncate intr-un recipient inchis. Nu le aruncati pe jos.

– nu folositi aceleasi prosoape, mai ales prosoapele de maini.

Măști chirurgicale, aparate respiratorii și distanțare socială

Aparatele respiratorii de unică folosință sunt făcute să reducă expunerea purtătorului la aerosoli de genul particulelor, gazelor sau vaporilor. Trebuie alese în mod individual pentru a fi siguri că se potrivesc etanș pe fața purtătorului, astfel încât respirația să aibă loc doar prin filtrele aparatului. Filtrează atat aerul care trece prin filtre, cat și pe cel care iese. Respiratoarele pot filtra particule cu diametrul de 0.3 microni, asta inseamnă aproximativ 95% din particulele aspirate. Evitați refolosirea lor. Evitați să să le spălați sau dezinfectați, acest lucru distruge capacitatea de filtrare a aparatului de respirat. Mai există incă un tip de aparate respiratorii ce acoperă doar partea de jos a feții sau intreaga față. Acestea pot fi refolosite deoarece filtrele vin sub formă de cartuse ce pot fi schimbate cand se uzează sau în functie de situație.

Masca chirurgicala este necesară doar dacă intri în contact direct cu o persoană suspectă de COVID-19 sau dacă strănuți și tușești constant. Măștile chirurgicale sunt de unică folosință, adică o mască nouă la fiecare întâlnire cu un posibil bolnav. Asigură protecție doar împotriva stropilor și picăturilor. Practic sunt o barieră solidă impotriva stropilor de saliva, mucus etc. Nu sunt ermetice și nici nu filtrează particulele mici din aer (aerosoli). Ele reduc contaminarea mediului prin particule mari generate de purtător. Măstile chirurgicale NU oferă niciun fel de protecție împotriva bacteriilor sau virusurilor.

Deși măștile pot oferi o oarecare protecție omului sănătos, gradul de protecție este foarte mic. Dacă posesorul măștii este într-un mediu cu aerosoli virali (masca chirurgicală nu poate filtra virușii aerosolizați), suprafața exterioară a măștii va fi contaminată, cea mai mică atingere a măștii va mări riscul de contaminare. Dacă posesorul măștii nu este într-un mediu cu aerosoli virali, trebuie doar să se spele pe mâini frecvent și să evite sa își atingă fața. Totodată măștile chirurgicale nu sunt etanșe, purtătorul de mască respiră prin mască și pe lângă mască în același timp. Dacă o persoana bolnavă poartă mască, atunci ea poate restrânge zona în care bolnavul proiectează particulele lichide și aerosolii în timpul tusei sau strănutului, dar în niciun caz nu este ermetică.

Înainte de a pune masca pe față trebuie sa ne spălam pe mâini. Acoperim gura și nasul cu masca, și ne asiguram că nu rămân spații între față și mască. După ce masca a fost pusă pe față este interzis să o mai atingem, să ne scărpinam sub ea, să o dam la o parte dacă vorbim la telefon etc. Evitați să atingeți partea frontala a măștii când o purtați, dacă o atingeți, trebuie să va spălați pe mâini. Înlocuiți masca cu una nouă imediat ce prezintă semne de umezeala. Nu refolosiți măștile de unică folosință. Când îndepărtați masca, nu atingeți partea frontală, aruncați-o într-un recipient închis și spălați-vă pe mâini.

Datorită lipsei de echipamente și consumabile medicale la nivel mondial, este indicat ca populația să respecte normele de igiena și distanțarea socială, iar măștile sa fie folosite doar de personalul medical care intră în contact direct zilnic cu persoanele bolnave. Medicii pot deveni foarte ușor vectori majori de infecție într-un spital aglomerat. Protejați sănătatea medicilor, iar medicii o vor proteja pe a voastră.

Distanțarea socială (include autoizolarea voluntara, fara a avea simptome) este o strategie de prevenire a răspândirii necontrolate a virusului COVID-19 (distanța dintre 2 persoane să nu fie mai mică de 1 m). După cum reiese din denumire, se cere mărirea distanței dintre oameni și evitarea adunărilor și mulțimilor. Din punct de vedere statistic, la fiecare persoană infectată apar alte 3.5 persoane infectate. Un astfel de număr poate avea un impact fatal asupra unei populații mari. Distanțarea socială este obligatorie pentru „aplatizarea” numărului de cazuri (flattening the curve). Aplicarea acestei strategii nu are ca scop eliminarea virusului, ci micșorarea vitezei de propagare a virusului în cadrul populației pentru a evita supraîncărcarea și prăbușirea sistemului medical.

Tratament și vaccin

La ora actuală nu există tratamente sau un vaccin oficial pentru COVID-19. Atunci când o infecție SARS-CoV-2 este detectată de medici, se tratează doar simptomele. Deși există studii și teste clinice promițătoare de identificare a unui tratament, va trece mult timp până când va fi disponibil un tratament sau un vaccin oficial. Eforturile cercetătorilor se îndreaptă spre spre folosirea unor substanțe deja existente și verificate, care până acum au fost folosite în alte scopuri, deoarece se știe că sunt relativ sigure pentru pacienți. Totodată nu e nevoie sa fie trecute prin serii lungi de testări preclinice și clinice, care pot dura foarte mult.

Mituri despre COVID-19

1. Temperaturile ridicate din perioada verii distrug virusul COVID-19.

Conform dovezilor actuale, virusul COVID-19 poate fi găsit în toate zonele geografice, inclusiv în cele cu clima caldă și umedă. Prin urmare, indiferent de clima locală, dacă trăiți sau treceți printr-o zona afectata de COVID-19, trebuie să adoptați măsuri protective. Cea mai bună metodă de protecție rămâne spălarea frecventă a mâinilor, evitarea atingerii feței și distanțarea socială.

2. Vremea rece și înghețul distruge virusul COVID-19.

Nu există niciun motiv să credem că vremea rece poate ucide virusul COVID-19 sau alte virusuri asemănătoare. Temperatura normală a corpului uman este de 36.5 – 37 grade Celsius, indiferent de temperatura exterioară. Cea mai buna metodă de protecție rămâne spălarea frecventă a mâinilor, evitarea atingerii feței și distanțarea socială.

3. Băile fierbinți distrug virusul COVID-19.

O baie fierbinte nu împiedică infecția cu COVID-19 și nici nu distruge virusul. Temperatura corporală rămâne intre 36.5 – 37 grade Celsius, indiferent de temperatura apei. Cea mai bună metodă de protecție rămâne spălarea frecventa a mâinilor, evitarea atingerii feței și distanțarea socială.

4. COVID-19 poate fi transmis prin mușcăturile țânțarilor.

La aceasta ora nu există dovezi în acest sens. COVID-19 este un virus respirator ce se transmite prin particulele generate de tuse sau strănut, picături de salivă sau secreții nazale. Cea mai bună metodă de protecție rămâne spălarea frecventă a mâinilor, evitarea atingerii feței și distanțarea socială.

5. Uscătoarele cu aer cald pentru mâini distrug virusul COVID-19.

Uscătoarele cu aer pentru mâini nu pot ucide virusul COVID-19. Cea mai bună metodă de protecție rămâne spălarea frecventă a mâinilor, evitarea atingerii feței și distanțarea socială.

6. Lămpile cu ultraviolete distrug virusul COVID-19.

Lămpile cu ultraviolete nu trebuie folosite pentru sterilizarea mâinilor sau a altor suprafețe corporale. Radiațiile ultraviolete cauzează iritații ale pielii. Cea mai bună metodă de protecție rămâne spălarea frecventă a mâinilor, evitarea atingerii feței și distanțarea socială.

7. Scanerele termice detectează oamenii infectați cu COVID-19.

Scanerele termice funcționează doar în cazul oamenilor care au deja febră. Dar nu pot detecta oamenii infectați ce nu prezintă încă febră. Simptomele infectării apar în 2 – 10 zile.

8. Spălarea întregului corp cu clor sau alcool distruge virusul COVID-19.

Nu. Virusurile deja existenți în corp nu pot fi distruși de substanțele aplicate pe exteriorul corpului. Folosirea acestor substanțe poate fi dăunătoare hainelor și membranelor mucoase (ochii, gura etc.). Alcoolul și clorul pot fi folosiți ca dezinfectanți pentru suprafețe, dar numai conform recomandărilor. Virusul e în interiorul celulelor. Nimic din ceea ce beți, trageți pe nas sau cu care va clătiți ochii nu poate sa îl afecteze.

9. Vaccinurile pentru pneumonie sau gripa ne protejează de virusul COVID-19.

Nu. Vaccinurile existente nu asigură protecție împotriva virusului COVID-19. Virusul este nou și necesită propriul său vaccin, care încă nu există. Totuși aceste vaccine sunt recomandate pentru protejarea sănătății proprii.

10. Clătirea nasului cu soluție salină previne infecția cu COVID-19.

Nu exista dovezi în acest sens, deși există dovezi limitate că poate grăbi recuperarea în cazul răcelii clasice.

11. Consumarea de usturoi previne infecția cu COVID-19.

Usturoiul este un aliment cu proprietăți anti-microbiene, COVID-19 este un virus. Nu există dovezi care să susțină ideea ca consumul de usturoi poate proteja împotriva virusului COVID-19.

12. Virusul COVID-19 afectează doar vârstnicii.

Toți oamenii, indiferent de vârstă sau de starea de sănătate, pot fi infectați de COVID-19. Oamenii cu risc de complicații grave, sunt cei în vârstă și cei cu sistemul imunitar slăbit.

13. Antibioticele ajuta în prevenirea și tratarea virusului COVID-19.

Nu. Antibioticele nu au efect asupra virusurilor, ele afectează doar bacteriile. Pacienții spitalizați cu COVID-19 pot fi tratați cu antibiotice doar în urma apariției infecției bacteriene.

14. Există medicamente sau vaccinuri ce pot trata sau preveni infectarea cu COVID-19.

Pana în acest moment (29.03.2020) nu există medicamente sau vaccinuri recomandate prevenirii ori tratării infecțiilor cu COVID-19. Persoanele infectate primesc doar tratamente medicale destinate tratării simptomelor, iar cazurile severe necesită îngrijire la nivel de terapie intensivă.

15. Suplimentele alimentare cu vitamina C împiedică infecția.

Nu există dovezi din care sa reiasă că aceste suplimente imunizează oamenii la infecția COVID-19.

16. Ingerarea de argint ucide virusul sau vindecă COVID-19.

Un tele-evanghelist american a susținut ca argintul coloidal, adică particule de argint suspendate în lichid, poate ucide virusul în 12 ore și întărește sistemul imunitar. Nu există nicio dovadă în acest sens, cu excepția celor care indica îmbolnăvirea rinichilor. Spre deosebire de fier și zinc, argintul nu are nicio valoare pentru corp.

17. Copiii și tinerii nu se infectează.

Deși rapoartele inițiale sugerau un număr mic de cazuri în rândul copiilor și tinerilor, virusul este contagios pentru toate grupele de vârstă.

18. Ingerarea unor cantități mari de apa previne infecția.

În mediile sociale circula informația că dacă se bea apa din 15 în 15 minute, apa va curăța virusul din gât, trimițăndu-l în stomac unde va fi distrus. Nu există niciun fel de dovezi în aceasta privință, totodată virusul este în interiorul celulelor.

19. COVID-19 nu este mai periculos decât gripa obișnuită.

Deși are simptome asemănătoare gripei, COVID-19 are o rata de mortalitate mai mare, cam de 10 ori mai mare decât cea a gripei uzuale.

20. Gargara cu apă sărată previne infectarea.

Virusurile respiratorii nu sunt afectate de apa sărată. Se mai susține că ar trebui făcută gargara cu clor sau etanol, acest lucru este fals și periculos.

21. Femeile infectate nu ar trebui sa își alăpteze copilul.

WHO consideră că alăptarea copilului trebuie să aibă loc normal. Dacă copilul a fost deja expus la virus, alăptarea îi va fi benefica deoarece laptele matern întărește sistemul imunitar al copilului.

22. Din păcate lista de mituri și de sfaturi pseudoștiințifice este mult mai lungă. Nu acceptați sfaturile medicale din alte surse decât cele oficiale și verificate. Este sănătatea voastră și a familiei voastre în joc. Poate chiar și viața.

O sursa oficiala de stiri despre cazurile COVID-19 din Romania este siteul știrioficiale.ro sau puteti folosit siteul oficial al DSU. Iar platforma formular.sts.ro, găzduită pe site-ul Serviciului de Telecomunicații Speciale permite cetățenilor să completeze de pe telefon sau calculator câmpurile predefinite și, ulterior, să salveze documentele în format PDF. Documentele necesită semnătura olografă pentru autentificarea acestora. Datele personale nu sunt prelucrate de către STS, acestea rămân în telefonul/calculatorul utilizatorului.

Surse:
https://www.who.int
https://www.medicalnewstoday.com
https://www.rochesterregional.org
https://www.rochesterregional.org
https://www.rochesterregional.org/
https://qz.com
https://finance.yahoo.com/
https://www.theguardian.com

Dacă doriți să investiți într-un telescop, primul pas este să decideți ce tip de telescop vreți să achiziționați. Cele mai populare sunt telescoapele optice reflectoare și refractoare. Diferența între ele este că telescoapele reflectoare folosesc oglinzi pentru a colecta lumina, iar cele refractoare folosesc lentile. Există multe tipuri de reflectoare, dar, în general, urmează același design de bază.

Telescopul refractor

Telescopul refractor mai este numit și lunetă astronomică sau telescop cu refracție și este compus din 2 lentile: una mare, plasată în partea frontală și numită „obiectiv”, care colectează lumina, și una mică în partea posterioară, „ocularul”, care focalizează razele luminoase în ochiul observatorului.

Acest tip de telescop poate suferi de aberație cromatică. Pentru a rezolva această problemă au apărut două variații diferite ale refractorului.

Prima variantă, refractorul acromatic, este cel mai ieftin dintre cele două variații, folosind două lentile pentru a reduce aberația cromatică. Telescoapele refractoare acromatice nu sunt ideale pentru astrofotografie.

Cel de-al doilea tip, mai scump, este telescopul reflector apocromat care elimină aberația cromatică și poate fi folosit în astrofotografie.

Telescopul refractor a fost utilizat de Galileo Galilei în anul 1609 pentru a privi Luna.

Avantajele telescopului refractor

Acest tip te telescop are câteva avantaje față de alte tipuri de telescoape. Deoarece tubul este închis la ambele capete (cu lentile), praful nu poate intra înăuntru. De asemenea, datorita etanșeității, nici aerul (mai cald sau mai rece) din exterior nu poate intra, oferind astfel imagini mai clare și mai stabile.

Acest tip de telescop nu necesită întreținere sau calibrare, ceea ce îl face ideal pentru începători.

Dezavantajele telescopului refractor

Telescoapele refractoare sunt mai lungi decât echivalentul ca putere al telescoapelor reflectoare. Acest tip de telescop poate suferi de aberații cromatice, unde apare un curcubeu de culori în jurul imaginii. Pe măsură ce lumina trece prin lentila primară, ea se desparte în culorile componente luminii, la fel cum o prismă proiectează un curcubeu de culori pe perete. Culorile nu ajung în același timp în punctul focal.

Un alt dezavantaj al telescopului refractor este dat de costul ridicat al lentilelor. Obiectivele cu deschideri mari, de 1-2 metri, sunt un domeniu evident al telescoapelor reflectoare. După o anumită dimensiune lentilele devin atât de scumpe și grele, încât sunt, din punct de vedere tehnic și economic, impracticabile.

Telescopul reflector

Unul dintre cele mai des întâlnite tipuri de telescop reflector este telescopul newtonian ce poartă numele inventatorului, Isaac Newton. Telescopul Newtonian are tubul deschis la un capăt.

Razele luminoase intră în tub și sunt reflectate de o oglindă concavă, numită oglindă primară, montată în celalalt capăt. Lumina este direcționată înapoi către o altă oglindă mai mică, în partea de sus, numită oglindă secundară. Această oglindă direcționează mai apoi razele către un orificiu aflat în partea laterală a telescopului, unde este montat ocularul.

Această configurație poate face ca privirea prin ocular să fie mai puțin comodă, în special la telescoapele newtoniene mari, unde este posibil să aveți nevoie de o scară pentru a ajunge să vedeți prin ocular.

O variantă a telescopului newtonian este reflectorul Cassegrain, o combinație între oglinda concavă primară și o oglindă convexă secundară. Acest design pune punctul focal într-o locație în spatele oglinzii primare, iar secundarul convex adaugă un efect de teleobiectiv creând o lungime focală mult mai lungă fără a crește lungimea telescopului.

Avantajele telescopului reflector

Telescoapele reflectoare nu suferă de aberații cromatice iar oglinda oferă o fidelitate bună a culorilor. Efectele de difracție sunt mai mici și spre deosebire de telescopul refractor, la același diametru, telescopul reflector este mai ușor și mai puternic.

Oglinzile fiind mai ieftine decât lentilele, puteți găsi telescoape reflectoare cu un diametru de 600 mm sau chiar mai mult, în timp ce telescoapele refractare, în general, nu depășesc 200 mm.

Dezavantajele telescopului reflector

Telescopul newtonian poate fi mai greu de folosit în special datorită faptului că necesită colimare. Colimarea este un proces care constă în alinierea perfectă a oglinzilor primare și secundare. Acest lucru ar trebui să fie realizat în mod ideal periodic, sau sau când începeți o sesiune de astrofotografie. Oglinzile, de asemenea, trebuie curățate periodic și tubul trebuie acoperit cu capacul atunci când nu este folosit.

Care este mai potrivit pentru dumneavoastră?

Cu cât deschiderea telescopului este mai mare, cu atât va putea capta mai mulți fotoni, deci, puteți vedea mai multe lucruri pe cer. Însă o dată cu creșterea diametrului, crește și prețul.

Dacă sunteți în căutarea unui telescop de până în 100 mm, atunci un telescop refractor poate fi alegerea ideală. Telescopul refractor este ușor de utilizat, rezistent și poate fi transportat cu ușurință. Dacă doriți un telescop mai mare de 100 mm diametru, atunci telescopul reflector este mai potrivit. Design-ul newtonian devine într-adevăr rentabil la aceste dimensiuni.

În lumea academică, exactitatea și corectitudinea informațiilor contează. Datorită Internetului, publicul este mai implicat în știință decât înainte. Este și normal, având în vedere că știința și tehnologia ne influențează atât de mult viețile.

Majoritatea oamenilor își culeg informațiile din presă, iar prin intermediul rețelelor de socializare, aceștia ajută la distribuirea acestor știri, care într-un procent destul de mare, sunt doar interpretări ale jurnaliștilor. Așadar, am devenit din cititori, distribuitori de informație, iar o parte din jurnaliști, popularizatori ai științei. Însă cât de corecte sunt interpretările și cât de „alfabetizați științific” suntem pentru a discerne informațiile prezentate într-un articol?

Suntem bombardați în fiecare zi cu titluri senzaționale și povești incluzând fraze de genul „un grup de cercetători au descoperit recent că…”. Însă, evident, acestea nu sunt rapoarte originale ale cercetării științifice. Studiile sunt publicate în jurnale de știință și din păcate, până ajung la public, ele își pierd atât forma cât și esența.

Fizicienii, chimiștii, biologii, etc. publică cercetările în reviste științifice, care sunt fundamental diferite de ziarele de știri. Articolele din revistele științifice nu sunt scrise de jurnaliști – sunt scrise de oameni de știință. Articolele științifice nu sunt povești senzaționale destinate să distreze cititorul cu o descoperire uimitoare. Aceste articole descriu rezultatele autorilor și sunt destinate comunității științifice prezentate într-o manieră transparentă.

Un articol științific începe cu abstractul care conține toate elementele de bază al unui articol științific, urmat de introducere, unde se reamintesc rezultatele din literatura de specialitate care se află în strânsă legătură cu articolul. Tot aici este descris foarte clar cadrul științific al lucrării și sunt menționate metodele de cercetare și scopul lucrării. Apoi urmează nucleul articolului științific, analiza datelor și detalierea metodelor folosite. Aici sunt prezentați algoritmii, tehnologiile și cadrul de evaluare a rezultatelor, detaliate pas cu pas în așa fel încât oricine va citi lucrarea să poată fi capabil să reproducă experimentul. Urmează o secțiune unde sunt prezentate rezultatele studiului, probabil cea mai importantă parte a unui articol științific, urmate de concluzii și bibliografie.

O altă diferență este că articolele din publicațiile științifice trec printr-un proces de verificare, în care alți oameni de știință evaluează calitatea și meritul cercetării înainte de a fi publicat. Acesta este un proces mult mai lung și mai riguros decât editarea și verificarea informațiilor care se desfășoară într-o publicație de știri.

Articolele științifice sunt prezentate fără o interpretare lucrurilor, așa cum adesea se întâmplă în cazul literaturii științifice de mâna a doua – în agențiile de știri. Tonul și vocabularul specializat într-un articol științific este unul riguros, deloc poetic, și poate îngreuna citirea, însă înțelegerea acestor articole este o abilitate și, ca orice altă abilitate, necesită practică, cunoștințe și experiență pentru a o stăpâni. Nu este, însă, o sarcină imposibilă.

Credibilitatea sursei

Dacă „afirmațiile extraordinare necesită explicații extraordinare”, uneori și explicațiile, oricât de extraordinare ar fi ele, tot ne pot păcăli. Și nu doar atât, uneori, chiar și sursele credibile pot conține erori.

Apariția Internetului a permis publicarea rezultatelor științifice mai rapid decât oricând. Articolele din jurnale sunt disponibile online înainte ca acestea să fie tipărite. Această distribuție rapidă a informației poate accelera ritmul științei, deoarece ele pot fi examinate și replicate. Dar fluxul nu se oprește aici, jurnaliștii pot prelua aceste studii și le pot mediatiza. Consumatorii acestor informații trebuie să fie conștienți că, în știință, primul raport al unei constatări nu este niciodată și ultimul cuvânt.

Uneori unele descoperiri nu au trecut testul timpului și cu cât există mai multe date din surse diferite, cu atât putem avea încredere mai mare în acea concluzie. De exemplu, în anul 2004, Woo Suk Hwang (în imagine), un medic veterinar din Coreea de Sud, a anunțat că a realizat ce nimeni nu mai reușise până atunci: clonarea unei celule stem embrionare umane. Evident că știrea s-a împrăștiat în întreaga lume și nimeni nu-și mai amintește și de concluzia finală: în următorii doi ani, după analiza atentă a imaginilor din lucrarea sa publicată ce păreau a fi manipulate, așa-numita descoperire a fost dovedită ca fiind o fraudă. Pe măsură ce alte cazuri au ieșit la iveală, multe reviste au început să cerceteze mai atent imaginile din lucrările științifice, folosind deseori programe de calculator pentru a analiza digital imaginile și pentru a descoperi editările.

Suntem oameni și putem greși. Uneori se face apel la autoritate folosind păreri ale unor oameni de știință ca și argument. De exemplu, profesorul francez Luc Montagnier (în imagine), laureat al Premiului Nobel pentru Medicină în anul 2008, a afirmat în luna aprilie a acestui an că noul tip de coronavirus (SARS-CoV-2) nu este de origine naturală, ci a fost fabricat într-un laborator din provincia Wuhan. Există numeroase studii în care s-au comparat caracteristicile genomului SARS-CoV-2 și toate arată că originea virusului este una naturală și că a apărut prin mutații genetice, la fel cum apar toate virusurile noi, prin aceleași mecanisme biologice care afectează orice formă de viață de pe Pământ. Și asta pentru că evoluția nu este „doar o teorie”. În știință, teoriile chiar funcționează.

Mai mult, oricine cu ceva cunoștințe de biologie și genetică poate analiza datele acasă, deoarece genomul virusului SARS-CoV-2 este public, la fel ca și genomurile altor virusuri din familia coronavirusurilor.

În știință nu contează opinia oamenilor, oricine ar fi aceștia, ci rezultatele studiilor după riguroase verificări.

Educația științifică și pseudoștiintele

O persoană mai informată nu este mai inteligentă; citirea unor site-uri de știri nu o face mai educată. Nici nu este acesta scopul jurnaliștilor, dar această lipsă de alfabetizare științifică are un impact mult mai mare decât pare la prima vedere.

Lipsa educației științifice se observă peste tot, în presa scrisă, online sau TV și dă naștere teoriilor conspiraționiste, a refuzării vaccinurilor sau a tot felul de metode de tratamente alternative, naturiste. Evident, oamenii când nu înțeleg un lucru, tind să-l respingă. Aceștia nu înțeleg cum funcționează un vaccin, nu înțeleg cum putem trăi pe un obiect sferic, nu înțeleg cum alți oameni au putut ajunge pe Lună. Este mai simplu să crezi că SARS-CoV-2 a fost creat în laborator, că guvernele ne otrăvesc cu substanțe aruncate din avion sau că tehnologia 5G a fost inventată ca să țină sub control populația globului.

Pseudoștiintele încep acolo unde se termină educația științifică, iar teritoriul acaparat de ele este enorm de mare, fără să realizăm că fiecare dintre noi suntem responsabili pentru acest lucru, chiar și cu cele mai mici acțiuni ale noastre, precum o distribuire pe Facebook.

Ar trebui să acordăm prioritate educației și științei în paralel cu reforma educației pentru a fi mai deschisă, flexibilă și incluzivă, pentru a sprijini generațiile tinere care se dezvoltă într-o lume aflată într-o evoluție mai rapidă decât oricând.

Acum 9 ani, în 2011, scriam un articol numit „Din România, Universul pare sărac”, în care vorbeam despre directorul Institutului Astronomic al Academiei Romane că este plătit pentru a rata proiecte menite să reînvie astronomia romanească. Nu s-a schimbat nimic între timp, doar că de această dată discutăm despre un alt institut românesc.

În anul 2014 avea să fie inaugurat Centrul Integrat de Tehnologii Avansate cu Laseri (CETAL), care avea să deruleze un program de configurare și pregătire a experimentelor de fizică nucleară din cadrul ELI-NP.

ELI-NP este un departament al Institutului Național pentru Fizică și Inginerie Nucleară – Horia Hulubei (IFIN-HH) și face parte din proiectul european ELI (Extreme Light Infrastructure) desfășurat în 3 țări, Cehia, Ungaria și România. Baza din România a proiectului poartă numele de „Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics”, sau pe scurt, ELI-NP și este amplasată la Măgurele, lângă Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”.

ELI-NP includea 3 mari echipamente, doi laseri și un generator de raze gama. Testele laserelor au început în aprilie 2017 și au devenit operaționale în 2019, iar în 13 martie 2019 s-a atins 10 PW, o intensitate de 10 ori mai mare decât valorile obținute până în prezent în lume.

Am putea spune că suntem lideri mondiali… Dar înainte să intrăm în detalii și să vorbim despre dezastrul cercetării din România, să începem cu câteva idei despre acest proiect și la ce ar fi putut ajuta.

Utilitatea acestui proiect

Această infrastructură de cercetare putea deveni cea mai avansată din lume axată pe studiul fizicii fotonucleare și favoriza cercetările în domeniul fizicii fundamentale, al fizicii nucleare și astrofizicii. Puterea acestui laser ajunge la frontierele fizicii în care legile interacțiunii fotoni-materie se schimbă fundamental datorită efectelor în dinamica particulelor încărcate sub influența fotonilor.

Printre produsele secundare importante din acest domeniu se numără mecanisme noi pentru generarea razelor X, raze gama, precum și aplicațiile lor în diverse discipline precum fizica, cercetarea materialelor și științele vieții.

ELI va fi poarta către noile descoperiri în fizica fundamentală. În același timp, va promova și apariția de noi tehnologii, cum ar fi acceleratoarele laser-plasmă care furnizează particule și surse de fotoni cu energii extrem de mari, dincolo de limitele fizice ale tehnologiilor convenționale.

ELI va contribui la beneficiile societății în medicină, datorită cercetărilor sale de bază privind noi metode de radiografii și metodele de terapie cu hadron. De asemenea, va contribui la știința materialelor, cu posibilitatea de a descoperi și de a controla efectele dinamice în microelectronică. Datorită caracteristicilor sale unice, ca primă instalație internațională de utilizare a laserului, ELI va deschide o nouă eră de cercetare bazată pe laser, atrăgând cei mai buni cercetători din lume către oportunități de cercetare unice la nivel mondial.

Scandalul dintre EuroGammaS și IFIN-HH

Revenind cu picioarele pe pământ, din păcate, cel de-al treilea echipament, Sistemul Gama de Energie Variabilă, ce trebuia instalat la Măgurele în anul 2018 nu a mai fost realizat. Anul trecut, Consorțiul EuroGammaS, condus de Institutul de Fizică Nucleară din Italia pentru construirea sistemului susțin că românii au construit prost clădirea și refuză să ducă mai departe lucrarea. În urma testelor s-a descoperit că podeaua nu este dreaptă, că materialele folosite sunt de calitate îndoielnică și că șantierul pe care s-a lucrat nu a respectat regulile de siguranță.

România a reziliat în cele din urmă contractul în valoare de 66 de milioane de euro cu EuroGammaS. Italienii au dat în judecată partea română iar procesul se judecă și în prezent. Procesul poate fi urmărit pe portal.just.ro dosarul cu nr. 3896/93/2018 aflat pe rol la Tribunalul Ilfov. Aici sunt în joc 67 milioane de Euro în mare parte bani din fonduri europene.

Acum un an, revista Nature a publicat un articol unde descria situația dezastruoasă din România. Documentele analizate de Nature dezvăluie eforturile Comisiei Europene de a aplana tensiunile din România și de a menține proiectul pe făgașul normal. Dar în ciuda acestor eforturi, disputa ridică îndoieli cu privire la implicarea continuă a României în proiect.

Mai mult decât atât, un angajat al INFIN-HH, care a dorit să rămână sub protecția anonimatului, pune la îndoială rezultatele laserului, că acesta nu a ajuns la puterea de 10 PW. „Nimeni nu a verificat sala experimentală în care trebuia trimis acel puls. Știți de ce? Era gol-goluță. Doar pereți! Trebuia anunțat pulsul de 10 PW, altfel trebuiau rambursați banii de la EU.” Angajatul INFIN-HH mai spune că „un număr important de cercetători serioși și-au dat demisia deoarece au înțeles că ELI-NP este orice altceva, numai institut de cercetare nu.”

Problema a căpătat și o dimensiune politică, după ce a fost discutată la cel mai înalt nivel. Comisarul european Corina Crețu a vorbit despre îngrijorarea Comisiei Europene și a cerut găsirea unei soluții cât mai rapide de către autoritățile române pentru implementarea fazei a doua a proiectului.

Între timp, în 4 octombrie 2019, IFIN-HH a semnat un contract cu compania americană Lyncean Technologies Inc. pentru construirea Sistemului Gama de Energie Variabilă (Variable Energy Gamma – VEGA), care va fi cel mai performant sistem de gama din lume, după cum susține directorul IFIN-HH, Nicolae Zamfir, furnizând radiații gama monocromatice cu energii de până la 20 MeV.

Doar că a apărut o contestație pe pagina ELI-NP, parte din arhiva Sistem VEGA, dar poate fi vizualizată pe site-ul mic-mic-anc.ro

Contestatarul, deși este hașurat, este ușor de intuit, pentru că face referire la faptul că a fost câștigătorul contractului pentru sursa inițială de raze gama. Acesta cere Consiliului Național de Soluționare a Contestațiilor să oprească demersurile pentru construirea sistemului VEGA. Contestația detaliază și motivele pentru care au dat anterior în judecată IFIN-HH: EGS contestă nulitatea declarației unilaterale de rezoluțiune a contractului pentru sursă de raze gama, cere IFIN-HH să pună la dispoziția lor infrastructurile așa cum scrie în Caietul de Sarcini și Propunerea Tehnică, prelungirea termenelor de livrare pentru date ulterioare momentului în care clădirea va respecta parametri din actele menționate, respectiv returnarea penalităților de întârziere de 2,3 milioane de euro.

Și mai importantă este însă problema de fond: obiectul celor două proceduri de atribuire, cea din 2013 pentru Gamma Beam și cea din 2019 pentru sistemul VEGA, este același: sistemul VEGA se va instala în clădirea în care trebuia pus inițial sistemul Gamma Beam, energia fasciculelor de fotoni este aceeași pentru cele două sisteme, respectiv 19.5 Mev, specificațiile tehnice ale celor două fascicule sunt aceleași. În aceste condiții, dacă se face un alt sistem ca cel conceput de ei, dosarul nr. 3896/93/2018 rămâne parțial fără obiect, întrucât EGS oricum nu va mai putea obliga IFIN-HH să le pună la dispoziție facilitățile și infrastructura, respectiv nu vor mai avea pentru ce prelungi termenele de livrare (presupunând că vor avea câștig de cauză în instanță). De asemenea contestatarul spune că inițierea procedurii e nelegală pentru că eludează principiul transparenței. Asta pentru că noul sistem e la fel cu cel pentru care s-a făcut deja licitație în 2013, doar că sub un alt nume. Mai multe informații puteți citi pe site-ul mic-mic-anc.ro

În urmă cu câteva săptămâni, Nicolae Zamfir a desființat consiliul științific, ducând IFIN-HH în cea mai mare criză de la înființarea sa.

Astăzi, 18 mai 2020, Federația Sindicală Hermes din învățământ superior și cercetare științifică atrage atenția opiniei publice și a autorităților asupra situației catastrofale de la IFIN-HH și cere demiterea de urgență din funcția de director general al IFIN-HH a domnului Nicolae-Victor Zamfir pentru dezastrul managerial în care a împins ELI-NP dar și celelalte departamente din institut, culminând cu eliminarea ELI-NP din consorțiul european ELI.

Din păcate, ELI continuă fără România. Un comunicat al ELI publicat cu câteva zile în urmă, se precizează că Cehia, Ungaria, împreună cu Italia și Lituania au aplicat pentru constituirea unei noi organizații pan-Europene.

UPDATE: 15 august 2020 – Directorul Nicolae Zamfir a fost demis.

Link către comunicatul Federației Hermes:

http://federatiahermes.ro/salvati-ifin-hh-de-la-distrugere

Sursă foto: eli-np.ro

Bibliografie:
https://eli-laser.eu
https://mic-mic-anc.ro
https://europa.eu
https://www.edupedu.ro
https://www.edupedu.ro

Articolul Dezastrul din cercetarea românească – despre IFIN-HH și ELI-NP apare prima dată în Descoperă.

De unde provine virusul SARS-CoV-2? Experții spun că provine de la lilieci, dar cum au ajuns la această concluzie?

Bioinformaticienii folosesc unelte precum BLAST, dar în acest articol vă vom arăta cum puteți analiza și voi, de acasă, genomul noului coronavirus din perspectiva științifică. Vom folosi metodele științifice pentru a prezice originea virusului SARS-CoV-2 comparând genomul său cu a altor coronavirusuri descoperite în alte specii de animale, precum rațe, bovine, găini și lilieci.

Sursa datelor

Secvența genomului SARS-CoV-2 este pusă la dispoziția publicului prin intermediul site-ului web al Bibliotecii Naționale a Medicinii din SUA: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/virus

Observați două link-uri către două tipuri de secvențe de genom viral: nucleotide și proteine. Aici, vom analiza în mod special secvențele de nucleotide ale 4 specii de animale, și anume găini, lilieci, bovine și rațe și le vom compara cu secvențele de genom viral colectate de la persoanele infectate cu SARS-CoV-2.

Obținerea datelor

Vom începe cu nucleotidele prin accesarea acestui link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov

Puteți observa că „Severe acute respiratory syndrome” este deja selectat în secțiunea „virusuri” din filtrul din partea stângă. Mai departe, sunt două tipuri de secvențe: „GenBank” și „RefSeq”. Vom alege „GenBank”, iar din secțiunea „Nucleotide Completeness” vom bifa „complete” și vom apăsa butonul „Download”. Bineînteles, puteți filtra rezultatele după multe alte criterii precum regiunea geografică, gazdă, data descoperirii, dar pentru acest experiment nu sunt necesare.

După ce apăsăm butonul „Download” va apărea o fereastră precum în imaginea alăturată de unde putem selecta tipul datelor, formatul de export etc. Vom selecta „Nucleotide”, apoi „Download all records” iar în pasul 3, „Use default”.

După ce ați descărcat datele, puteți deschide fișierul în formatul „fasta” cu un editor de text precum Notepad, Notepad++ sau orice editor de text preferați. Fișierul va arăta precum în imaginea alăturată. Puteți observa că prima linie începe cu caracterul „>” care denotă descrierea virusului. În momentul scrierii acestui articol, există 3117 genomuri de virusuri complete (fișierul are aproximativ 92 MB).

Dacă doriți să săriți peste restul articolului, puteți încărca fișierul aici și vă va arăta secvențe similare, însă trebuie să reduceți dimensiunea (încărcând doar parțial fișierul) deoarece serverul are o limită a dimensiunii fișierului. Însă făcând acest lucru, pierdeți distracția. În continuare puteți analiza chiar voi genomurile virusurilor și să identificați care este sursa acestuia.

Acum, să descărcăm secvențele de nucleotide ale coronavirusurilor descoperite în alte specii de animale (rațe, găini, bovine și lilieci). Pentru a face acest lucru, trebuie să ștergem opțiunea din filtru numită „Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2” și selectăm „Coronaviridae”. Acesta este numele științific pentru toate coronavirusurile care circulă în rândul tuturor speciilor. Apoi, din secțiunea „Host”, care înseamnă „gazdă”, selectăm „Gallus gallus” (găina) și apăsăm butonul Download. Repetăm pașii pentru celelalte 3 specii: bovine (Bos taurus), rațe (Anatidae) și lilieci (Chiroptera). Fișierele le-am denumit sequences_bovina.fasta, sequences_gaina.fasta, sequences_liliac.fasta. Nu are importanță denumirea, însă aceasta este folosită mai jos în cod.

Transformarea datelor

Acum că avem genomurile în 5 fișiere diferite (unul pentru noul coronavirus, SARS-CoV2 și 4 pentru cele 4 specii analizate ce conțin genomuri de coronavirusuri), primul pas este să scăpăm de liniile care încep cu „>”. Aceste linii nu ne interesează și pot afecta analiza pe care o vom efectua mai jos, deoarece avem nevoie doar de secvențele de nucleotide, nu și de meta-date. Bineînțeles, având milioane de linii într-un fișier, nu le vom șterge manual, ci vom folosi un mic script. Pentru a rula codul din secțiunile următoare veți avea nevoie de Jupyter, un mediu de dezvoltare și câteva librarii: ntlk, care este o librărie pentru procesarea limbajului natural (uman), sklearn, care este un framework pentru analiza datelor și matplotlib, folosit pentru vizualizări grafice (opțional).

Bineînteles, puteți folosi orice alte unelte de transformare, extragerea caracteristicilor și „tokenizare”. Dacă sunteți familiarizați cu C# / .NET, atunci o variantă bună este StandfordNLP.

Pentru a identifica fiecare nucleotidă (folosind semnul „>”) se va rula codul de mai jos:

from nltk.corpus import stopwords
from sklearn.feature_extraction.text import CountVectorizer
import pandas as pd
def process_file(filename,target_val):
f = open(filename) #’datafolder\\sequences_gaina.fasta’)
lines = „”
s1 = list()
step = 0
term = 0
for line in f:
line = ”.join(line.split())
if line.startswith(„>”) and step==0:
line = line.split(‘>’,1)[0].strip()
step = step + 1
if line.startswith(„>”) and step>=1: #and step>=1:
line = line.split(‘>’,1)[0].strip()
s1.append(lines)
lines = „”
step = step + 1
term = 0
lines = lines + line

Reprezentarea numerică a secvențelor

Următorul pas este de a genera caracteristici folosind șirurile care conțin caracterele noastre de secvență. Deoarece secvența este reprezentată ca o serie de caractere alfabetice, trebuie să împărțim secvența în bucăți mai mici, numite token-uri – de exemplu: un token cu 2 caractere, unul cu 3, altul doar cu 4 etc. Apoi, trebuie să transformăm token-urile într-o reprezentare numerică, astfel încât să le putem introduce în algoritmul de învățare folosit ulterior pentru predicție. Pentru a face acest lucru, folosim conceptul de reprezentare numit „bag-of-words” care calculează frecvența, sau de câte ori apare, a fiecărui token. Astfel obținem două lucruri importante: vocabularul (token-urile) și numărul de apariții pentru fiecare token.

Pentru a aplica în același timp ambele metode, n-grams și bag-of-words, se poate folosi metoda CountVectorizer din librăria scikit-learn. Metoda primește 3 parametri, definiți ca în codul alăturat.

count_vect = CountVectorizer(lowercase=False, ngram_range=(2,4),analyzer=’char’)
X1 = count_vect.fit_transform(s1)

Pentru această etapă, vom seta mărimea token-urilor la 2 până la 4 caractere. Astfel ne va genera token-uri precum „AT” (2 caractere), „ACG” (3 caractere) și „ACTT” (4 caractere).

def generate_ngrams(s1):
count_vect = CountVectorizer(lowercase=False, ngram_range=(2,4),analyzer=’char’)
X1 = count_vect.fit_transform(s1)
lcount = list()
lcount = []
for i in s1:
count = len(i)
#print(count)
lcount.append(count)
count_vect_df = pd.DataFrame(X1.todense(), columns=count_vect.get_feature_names())
count_vect_df=count_vect_df.apply(lambda x: x / lcount[x.name] ,axis=1)
return count_vect_df

Etichetarea datelor

O dată ce datele au fost transformate în valori numerice, trebuie să le punem o etichetă pentru predicție.

df1 = process_file(‘datafolder\\sequences_gaina.fasta’,”gaina”)
df2 = process_file(‘datafolder\\sequences_rata.fasta’,”rata”)
df3 = process_file(‘datafolder\\sequences_bovina.fasta’,”bovina”)
df4 = process_file(‘datafolder\\sequences_liliac.fasta’,”liliac”)

Puteți observa că fiecare fișier fasta este atribuit cu propria sa etichetă (găină, rață, bovină și liliac). Bineînteles, modificați calea către fișier și denumirea acestuia dacă le-ați salvat cu un alt nume.

Dacă totul a decurs fără erori, ar trebui să vedeți un rezultat precum cel de mai jos, unde toate caracteristicile au fost transformate în valori numerice.

Analiză exploratorie

Având toate secvențele reprezentate, putem explora distribuția procentuală a seturilor de date pentru a vedea în rândul căror specii aceste virusuri sunt mai răspândite.

Construirea modelului predictiv

Acum suntem pregătiți pentru a construi modelul predictiv trimițând seturile de nucleotide către algoritmul de „machine learning”. În acest caz, este folosit algoritmul „gradient boosting” pentru modelul predictiv.

from sklearn.model_selection import train_test_split
from xgboost import XGBClassifier
from xgboost import plot_importance
import xgboost
# create a train/test split
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=7, shuffle=True)
model = XGBClassifier()
model.fit(X_train, y_train)

Folosind modelul, se poate analiza mai departe pentru a determina ce secvențe de nucleotide sunt mai răspândite și au un factor determinant pentru a identifica gazda virusului.

Transformarea datelor și reprezentarea

Mai departe, trebuie să încărcăm fișierul care conține noul coronavirus, SARS-CoV-2 (primul fișier descărcat) în aplicație pentru a efectua predicția.

cov = process_file(‘datafolder\\serquences.fasta’,“SARS-CoV-2”)
cov

Următorul pas este antrenarea algoritmului prin compararea rezultatelor și renunțând la prima linie deoarece nu avem nevoie de etichetă în acest moment:

cov = cov.drop(‘target’, axis=1)
mc = X_train.columns.difference(cov.columns)
mc

Putem observa că anumite caracteristici precum „AAAM”, „AAR”, „AAAY” sunt găsite în coronavirusuri dar nu și în SARS-CoV-2.

În următorul pas, scoatem caracteristicile care există în SARS-CoV-2 dar nu există în celelalte fișiere. O data ce am găsit care sunt acestea, le ștergem:

rf = cov.columns.difference(X_train.columns)
cov = cov.drop(rf, axis=1)

Rezultatul

Acum suntem pregătiți să prezicem originea virusului SARS-CoV-2! Tot ce trebuie să faceți este să rulați asta:

model.predict(cov)

iar rezultatul:

array([‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’,
‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’,
‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’,
‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’, ‘liliac’], dtype=object)

Pe baza valorilor prezise, putem observa că toate sample-urile rămase au prezis că originea virusului este liliacul. Nici măcar una nu a prezis alt animal. Mai departe, se poate folosi „predict_proba” pentru a obține probabilitatea pentru fiecare predicție. Rezultatul a fost de 0,957, adică 95,7% șanse ca originea virusului să fie de la lilieci, în timp de doar 4,1% șanse de la rațe și 0,1 de la găină sau bovine.

Compararea rezultatelor cu BLAST

BLAST este metoda standard de a compara secvențele de nucleotide sau proteine. Programul se poate găsi aici: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi unde puteți încărca fișierul conținând secvențele de SARS-CoV-2 și vă va arăta secvențe similare. Însă spre deosebire de metoda din acest articol, BLAST nu aplică modele predictive ci folosește un algoritm de căutare euristic.

Bibliografie:
https://towardsdatascience.com

Link-uri și aplicații utile:
Word2Vec
Jupyter
Matplotlyb
Standford Natural Language Processing
NTLK

Articolul Originea SARS-CoV-2 – cum poți descoperi chiar tu, de acasă apare prima dată în Descoperă.

Dezvoltarea și testarea vaccinurilor durează ani de zile, uneori chiar și decenii. Cu toate acestea, dezvoltarea vaccinului împotriva COVID-19 este cu totul altă poveste. De când a început pandemia, eforturile pentru a realiza un vaccin au avut un ritm fără precedent. În mai puțin de un an s-au acordat autorizații pentru două vaccinuri, realizate de Pfizer și Moderna și se așteaptă să mai urmeze câteva. Chiar dacă vaccinul a fost realizat atât de rapid, el a trecut prin toate etapele obișnuite de testare la fel ca orice vaccin sau medicament pus pe piață.

Cum a fost posibil acest lucru?

Finanțarea

Un aspect cheie este finanțarea – pentru realizarea vaccinurilor împotriva COVID-19 s-a contribuit din fonduri publice cât și private, eliminând astfel problema financiară cu care se confruntă dezvoltatorii de vaccinuri. Mai mult, cererea și urgența n-a fost niciodată atât de mare, iar suportul financiar a fost pe măsură.

Faptul că guvernele au cumpărat în prealabil vaccinurile este unul dintre factorii care au contribuit la realizarea și testarea lor într-un timp atât de scurt.

Tehnologia

Un alt factor care a contribuit la realizarea vaccinului în mai puțin de 1 an este tehnologia bazată pe ARN mesager. Deși vaccinul Pfizer / BioNTech este primul vaccin bazat pe ARNm care a fost aprobat pentru utilizare asupra oamenilor, tehnologia de producere este în curs de cercetare și dezvoltare de 2 decenii.

Realizarea vaccinului BNT162b2 a început pe 10 ianuarie 2020, atunci când secveța genetică a SARS-CoV-2 a fost publicată de Centrul chinez pentru controlul și prevenirea bolilor și diseminată la nivel global prin inițiativa GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data).

De atunci, genomul SARS-CoV-2 a fost secvențiat de peste 250.000 de ori de cercetători din toată lumea de la pacienți din diferite țări.

Vaccinurile bazate pe ARN mesager necesită doar informații secvențiale genetice virale pentru a iniția dezvoltarea și reprezintă un nou instrument pentru combaterea pandemiilor și a altor focare de boli infecțioase.

Prin această tehnologie, vaccinurile nu doar că sunt produse mai rapid și se cunosc multe despre profilul său de siguranță încă de la început, dar producția este mai rapidă și mai ieftină. O altă considerație este că în timp ce în cazul vaccinurilor tradiționale, fazele studiilor clinice sunt efectuate în serie, în cazul vaccinurilor împotriva COVID-19, acestea au fost făcute simultan, făcând procesul mai rapid.

Cercetările anterioare

Coronavirusul care provoacă COVID-19 este într-adevăr un virus nou, dar este foarte asemănător cu SARS și MERS. Acest lucru a fost de ajutor deoarece cercetătorii nu au început complet de la zero dezvoltarea unui vaccin. Prima informație necesară a cercetătorilor a fost secvența genetică a acestui nou coronavirus. Înainte chiar de a începe un studiu clinic, cercetătorii folosesc modele pre-clinice pentru a reduce listele cu potențiale ținte de vaccinare. Ei caută acele ținte care produc cel mai puternic răspuns imun, cu un profil de siguranță bun, iar acesta poate fi un proces lent și istovitor.

Deoarece de la focarul SARS din 2003 nu au mai existat alte focare, niciun vaccin SARS nu a mai fost finalizat. Dar strategiile de vaccinare și țintele potențiale – cum ar fi binecunoscuta proteină Spike – au fost identificate înainte ca dezvoltarea acelui vaccin să se oprească.

În vederea realizării acestui vaccin s-a beneficiat de experiența, obiectivele și strategiile privind vaccinul împotriva SARS din ultimele două decenii.

Recrutarea

În mod normal recrutarea participanților la studiu durează luni de zile, însă în cazul acesta, din dorința oamenilor de a ajuta, recrutarea s-a petrecut foarte rapid.

Dezvoltarea în paralel

Un alt avantaj care a dus la dezvoltarea rapidă a vaccinului este datorat numărului mare de dezvoltatori. Zeci de vaccinuri produse de diferite companii au fost dezvoltate și testate în paralel. Unii au folosit ținte diferite, alții au folosit tehnologii diferite – și având acest nivel de diversitate și saturație a dus la rezultate rapide într-un timp foarte scurt. Dacă un vaccin nu a trecut de testele clinice, au existat altele care au putut veni din urmă și astfel nu s-a pierdut timp pentru a relua totul de la capăt.

Articolul Cum a fost posibilă realizarea vaccinului într-un timp atât de scurt? apare prima dată în Descoperă.

Substanța activă este de tip ARN mesager monocatenar cu capăt 5’, produs prin utilizarea unei transcripții in vitro acelulare, de la modele de ADN corespunzătoare, cu codificarea proteinei S (spike) virale a SARS-CoV-2.

După diluare, flaconul conține 5 doze a câte 0,3 ml, fiecare cu 30 micrograme de ARN mesager.

Celelalte componente sunt:

Lipide

• ((4-hidroxibutil)azanediil)bis(hexan-6,1-diil)bis(2-hexildecanoat) (ALC-0315)
• 2-[(polietilenglicol)-2000]-N,N-ditetradecilacetamidă (ALC-0159)
• 1,2-Distearoil-sn-glicero-3-fosfocolină (DSPC)
• Colesterol

Lipidele sunt folosite pentru a incorpora ARN-ul. Aceste nanoparticule sunt în esență mici sfere grase care protejează ARN mesager și îl ajută să pătrundă în celule. Lipida ALC-0315 este ingredientul principal deoarece acesta este ionizabil – i se poate da o sarcină pozitivă și, din moment ce ARN-ul are o sarcină negativă, acestea rămân împreună. Este de asemenea, o componentă care poate provoca reacții adverse sau reacții alergice.

Celelalte lipide, dintre care una este colesterolul cunoscut moleculei, conferă integritate structurală nanoparticulelor și le împiedică să se aglomereze.

Săruri

• clorură de potasiu
• dihidrogenofosfat de potasiu
• clorură de sodiu
• fosfat disodic dihidrat

Vaccinul conține 4 săruri, dintre care una este sarea de masă obișnuită. Împreună, aceste săruri mai sunt cunoscute sub numele de soluție salină tamponată cu fosfat, un ingredient foarte comun care menține pH-ul sau aciditatea vaccinului aproape de cel al corpului uman. Veți înțelege cât de important este acest lucru dacă ați stors vreodată suc de lămâie pe o tăietură.

Pe lângă lipide și săruri, vaccinul conține și sucroză, sau după denumirea populară, zahăr. Scopul lui este de a acționa ca un crioprotector pentru a proteja nanoparticulele atunci când sunt înghețate.

Prospectul vaccinului Comirnaty realizat de Pfizer și BioNTech poate fi citit aici:

descopera.org/prospect-vaccin.pdf

Articolul Ce substanțe conține vaccinul Pfizer – BioNTech? apare prima dată în Descoperă.

Vaccinurile bazate pe ARN mesager necesită doar informații secvențiale genetice virale pentru a iniția crearea proteinelor și reprezintă un nou instrument pentru combaterea pandemiilor și a altor focare de boli infecțioase.

ARN-ul mesager se găsește în toate celulele vii și este practic precum o fotocopie temporară a unor porțiuni de ADN. Aceste bucăți de cod acționează ca niște intermediari chimici între ADN-ul din cromozomii noștri și mașina celulară numită ribozom care produce proteinele de care avem nevoie pentru a funcționa. ARNm-ul oferă instrucțiunile de care această mașină are nevoie pentru a asambla proteine. Proteinele sunt elementele de bază folosite de celulele noastre pentru a se dezvolta și a se repara.

Odată ce proteina este produsă, ARNm-ul este degradat. La oameni, procesul este întodeauna același, din ADN este realizat ARNm-ul și eliberat în citoplasmă, apoi ARNm-ul este citit de ribozomi (cu ajutorul ARNt – acid ribonucleic de transfer) pentru a crea proteina necesară. Procesul invers nu este posibil deoarece celulele noastre nu au un asemenea mecanism.

Atunci când suntem infectați cu un virus – inclusiv virusurile relativ inofensive precum cele care provoacă răceala obișnuită – acești invadatori își injectează materialul genetic în celulele noastre, ajungând la mașinile noastre de fabricare a proteinelor (ribozomi).

Acest lucru permite virusului să asambleze noi particule virale și să se răspândească. Deși vaccinurile ARNm sunt o tehnologie relativ nouă, ele se bazează pe ceea ce natura face de milioane de ani: livrarea unor instrucțiuni în format ARNm pe care celulele noastre îl vor folosi pentru fabricarea proteinelor respective.

Există anumite retrovirusuri precum HIV care pot integra materialul lor genetic în ADN-ul gazdelor cu ajutorul enzimelor specializate pe care le transportă. Însă vaccinurile ARNm nu transportă astfel de enzime și nu există riscul ca materialul genetic pe care îl conțin să modifice ADN-ul uman. Mai mult, retrovirusurile ARN sunt diferite din punct de vedere structural față de ARNm, chiar dacă vaccinul ar conține secvențe de retrovirus, vaccinul bazat pe ARNm pur și simplu nu ar putea modifica ADN-ul nostru.

Așadar, deși vaccinurile ARNm sunt o tehnologie nouă, nu există niciun motiv să credem că acestea vor avea un efect de durată asupra biologiei noastre, ci doar vor instrui sistemul nostru imunitar pentru a preveni boala COVID-19.

Articolul Poate vaccinul să modifice ADN-ul uman? apare prima dată în Descoperă.

Substanța activă a vaccinului Pfizer / BioNTech este de tip ARN mesager.

ARN mesager este o moleculă foarte fragilă și nu poate rezista mult timp în afara unei celule înainte să înceapă să se dezintegreze.

Vaccinul trebuie păstrat la temperaturi cuprinse între -90° C și -60° C. După decongelare, vaccinul trebuie diluat și utilizat imediat. Datele privind stabilitatea în timpul utilizării au demonstrat că, după ce a fost scos din congelator, vaccinul nediluat poate fi păstrat înainte de utilizare timp de până la 5 zile, la temperaturi de 2-8 grade Celsius, sau timp de până la 2 ore, la temperatură de până la 30 grade Celsius.

După diluare, vaccinul trebuie păstrat la temperaturi de 2 până la 30° C și utilizat în decurs de 6 ore.

Dacă nu este depozitat corespunzător, ARNm-ul va fi distrus iar vaccinul nu va mai avea efect.

Prospectul vaccinului Comirnaty realizat de Pfizer și BioNTech poate fi citit aici:

descopera.org/prospect-vaccin.pdf

Articolul De ce vaccinul trebuie păstrat la temperaturi așa de scăzute? apare prima dată în Descoperă.

În fazele 1 și 2 ale studiilor clinice vaccinul produs de BioNTech și Pfizer (BNT162b2) s-au efectuat teste pe un număr mic de voluntari pentru a verifica dacă sunt sigure și pentru a determina doza potrivită. În studiile din faza 3, vaccinul a fost testat pe 43.000 de oameni pentru a testa eficiența. Un grup a primit vaccinul iar un al doilea grup, de control, a primit un placebo. Aceștia au fost atent monitorizați pentru orice reacție adversă.

Rezultatele studiului

Au existat 8 cazuri de Covid-19 cu debut la cel puțin 7 zile după a doua doză în rândul pacienților cărora li s-a administrat BNT162b2 și 162 de cazuri în rândul celor care li s-a administrat placebo.

Așadar, BNT162b2 a fost eficient într-un procent de 95% în prevenirea Covid-19 cu o eficiență similară la toate subgrupurile definite în funcție de vârstă, sex, rasă, etnie și indicele de masă corporală.

S-au înregistrat 10 cazuri severe cu debut după prima doză, dintre care 9 au apărut la pacienții cărora li s-a administrat placebo și un singur caz printre cei care au primit BNT162b2.

S-au observat unele efecte adverse precum durere pe termen scurt la locul injectării, oboseală și cefalee. Incidența efectelor adverse grave a fost scăzută și similară în ambele grupuri.

Rezultatele studiului pot fi citite aici:

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2034577

Articolul Cât de eficient este vaccinul realizat de Pfizer și BioNTech? apare prima dată în Descoperă.

În decursul anului 2020 au fost secvențiate în laborator aproximativ 250.000 de variante SARS-CoV-2. În cea mai mare parte, virusul are o rată de mutație scăzută în comparație cu rata de mutație a virusului gripal.

În privința eficienței vaccinurilor, cele mai critice mutații sunt cele legate de proteina Spike, deoarece vaccinurile conțin această proteină sau cod ARN mesager care codifică instrucțiuni pentru celulele noastre pentru a produce această proteină.

Însă recent, a apărut o nouă variantă în sudul UK, numită B1.1.7 care prezintă 23 de mutații în 8 proteine virale. 4 dintre acestea afectează proteina Spike, iar acest lucru este important deoarece prin această proteină virusul pătrunde în celule. Dacă mutațiile ajută virusul să pătrundă mai ușor, acesta s-ar putea răspândi mai ușor. Mutațiile ar putea de asemenea să reducă eficiența vaccinului sau chiar să-l facă inutil.

Raportul publicat de Imperial College (link) arată că două mutații sunt de tip deleție, și anume, a doi aminoacizi numiți H69 și V70, o mutație N501Y, identificată într-o variantă sud-africană numită 501.V2 și mutația P681H. Cele două din urmă fac ca virusul să fie mai contagios.

Studiul realizat de BioNTech și publicat pe 19 ianuarie 2021 (link) arată că mutațiile variantei B.1.1.7 nu fac vaccinul mai ineficient.

Mutațiile virusului sunt în continuare sub observații.

Articolul Mai este eficient vaccinul dacă virusul suferă mutații? apare prima dată în Descoperă.

Reacțiile alergice grave la vaccinurile bazate pe ARN mesager sunt foarte rare, până în acest moment 29 de indivizi din 1.9 milioane vaccinați în SUA au avut reacții alergice anafilactice (aproximativ 0,0011%).

Reacțiile nu se datorează ARNm-ului în sine, ci unor lipide care înconjoară și protejează ARNm-ul. Atât vaccinurile Pfizer / BioNTech cât și Moderna conțin o lipidă numită polietilenglicol (ALC-0159). Această lipidă nu a fost folosită până acum într-un vaccin, însă e gasită în multe medicamente, unele care au declanșat anafilaxia.

Polietilenglicolul se mai găsește în șampoane, pastă de dinți, lubrifianți și laxative. Cea de-a doua lipidă cu potențial alergic este ALC-0315.

Imunologii cred că un număr mic de persoane expuse la aceste lipide pot avea niveluri ridicate de anticorpi împotriva acestuia.

Vaccinul este contraindicat persoanelor care știu deja că au alergie la una din componentele sale. Persoanele care au o reacție alergică severă la administrarea primei doze de vaccin nu trebuie să primească a doua doză.

Au fost observate și alte reacții ușoare precum durere la locul vaccinării, dureri de cap, frisoane, oboseală și febră. Efectele secundare apar de obicei în primele trei zile după vaccinare și dispar după aproximativ două zile.

Aceste efecte secundare sunt incomparabil nesemnificative în comparație cu infectarea cu SARS-CoV-2 precum și a urmării acestei infectări.

Articolul Ce efecte secundare poate produce vaccinul realizat de Pfizer și BioNTech? apare prima dată în Descoperă.

Scopul principal al unui vaccin e de a „educa” sistemul imunitar în privința identificării unui anumit agent patogen. Dacă considerăm îmbolnăvirea, urmată de activarea sistemului imunitar, echivalentul „experienței dobândite direct la locul de muncă”, atunci vaccinul este echivalentul unui „curs de calificare” pentru sistemul imunitar. A „învăța doar la fața locului”, fără pregătire prealabilă, este un mod de gândire ce poate fi periculos. Atunci când vă instalați plăcuțe de frână noi, e ideal ca mecanicul să știe deja cum se montează, nu să încerce să învețe atunci, pe loc, nu? Vaccinul permite sistemului imunitar să își dezvolte celulele și anticorpii necesari eliminării intrusului, dar fără a avea contact direct cu intrusul, ceea ce îi permite să aibă o reacție aproape imediată când intrusul intră în organism. În cazul ideal nici nu vei ști că ai fost infectat.

Pe scurt, toate vaccinurile expun organismul la moleculele patogenului-țintă, pentru a produce un răspuns imunitar – metoda de expunere variază în funcție de tipul de vaccin. Virusurile se replică prin invadarea celulelor gazdei și preluarea mecanismelor celulare de producere a proteinelor, forțând celula să producă replici ale virusului. Aceste particule virale (virioni) conțin antigeni (molecule specifice virusului ce produc o reacție a sistemului imunitar).

În funcție de metoda de expunere putem împărți vaccinurile în câteva categorii:
Vaccinul cu virus viu atenuat (rujeolă, variolă și varicelă): folosim virusuri vii, asemănători cu virusul-țintă, care să fie recunoscute de sistemul imunitar, dar care nu ne pot îmbolnăvi sau produc simptome ușoare. Aceste virusuri sunt capabile de să infecteze o celulă și să se replice. Există chiar și vaccinuri bacteriene atenuate, de exemplu vaccinul tuberculozei.

Avantaje: Se bazează pe o tehnologie stabilă, produce un răspuns imunitar puternic implicând celulele imunitare B și T, este simplu de produs. Dezavantaje: nu poate fi folosit de persoanele cu sistemul imunitar compromis, în cazuri rare poate provoca boala, este sensibil la temperatura de depozitare.

Vaccinul cu virus inactiv (antigripal și hepatita A): materialul genetic al virusului este distrus prin diverse procedee (temperaturi înalte, radiații, procese chimice etc.). Virusul devine incapabil să ocupe celule și să se replice, dar va produce reacția sistemului imunitar.
Avantaje: se bazează pe o tehnologie stabilă, poate fi folosit de persoanele cu sistem imunitar compromis, elimină riscul de producere accidentală a bolii, ușor de fabricat, relativ stabil, posibil să necesite vaccinare periodică.

Vaccinul subunitar: aceste stimulează sistemul imunitar cu ajutorul unor fragmente purificate de agent patogen. Fragmentele purificate de agent patogen din vaccin sunt incapabile de replicare sau de a îmbolnăvi organismul. Vaccinurile subunitare sunt de câteva tipuri:

Vaccinuri subunitare proteice ce conțin proteine specifice izolate din patogenul viral sau bacterian.

Vaccinuri polizaharidice ce conțin lanțuri de molecule de glucoză, ce se găsesc în pereții celulari ai unor bacterii (vaccinul pneumococic polizaharidic).

Vaccinuri subunitare conjugate ce îmbină un lanț de polizaharide cu o proteină-curier. Printre aceste vaccinuri se numără: hepatita B, tusea convulsivă (vaccin subunitar), vaccin pneumococic polizaharidic, vaccinul MenACWY ce conține polizaharidele de pe suprafața a 4 tipuri de bacterii ce cauzează meningita combinate cu toxinele purificate a difteriei sau a tetanosului (vaccin subunitar conjugat). Avantaje: se bazează pe o tehnologie stabilă, poate fi folosit în cazul persoanelor cu sistemul imunitar compromis, nu are componente vii, deci nu există risc de producere a bolii, relativ stabil. Dezavantaje: procesul de producție este complex, posibil să necesite doze suplimentare de vaccin pentru a obține o imunitate completă, perioadă lungă de determinare a combinației ideale de antigeni.

Vaccin cu vector viral

Vaccinurile SARS-CoV-2 bazate pe ARNm sunt cele mai cunoscute, dar sunt luate în considerare și cele bazate pe adenovirus. În SUA, printre cele 6 vaccinuri produse în cadrul proiectului Warp Speed, avem și vaccinuri de tip adenovirus. Dacă testările sunt fără probleme, vaccinurile adenovirus vor fi probabil aprobate la începutul anului 2021.

Vaccinurile cu vectori virali folosesc virusuri vii pentru a transporta instrucțiuni genetice în interiorul celulei (celula primește doar instrucțiunile genetice producerii antigenilor virali). Virusul pătrunde în celule și începe fabricarea antigenilor ce vor fi afișați pe exteriorul celulei împreună cu alte proteine. Sistemul imunitar detectează schimbarea și va reacționa. Această reacție va include celule B, ce produc anticorpi, și celule T ce distrug celulele bolnave. Celulele T examinează proteinele afișate pe suprafața celulelor, iar dacă nu recunosc acele proteine, distrug celula.

Dacă persoana a fost deja expusă la virusul-vector, sistemul imunitar va interveni prea devreme și vaccinul va fi ineficient, chiar și la primirea celei de a doua doze de vaccin. Multe virusuri sunt folosite pe post de vectori, adenovirusul (cauza răcelii comune) fiind doar unul dintre ele. Acestor vectori le sunt eliminate genele ce provoacă boli umane, uneori chiar și genele ce le permit replicarea. Apoi în codul genetic al vectorului sunt adăugate instrucțiunile genetice necesare producerii antigenilor. În alte cazuri, nu se intervine asupra genei de replicare.

Vaccin adenovirus (produs de chinezi și ruși): folosește un virus inofensiv, pe post de cal troian, pentru a introduce genele SARS-CoV-2 în celule. Genele ce produc proteina SARS-CoV-2 care ne interesează sunt introduse în genomul adenovirusului ca ADN. Apoi persoana vaccinată va fi infectată de adenovirus. Odată ce adenovirusul intră în celule, acel ADN se transformă în ARNm, instruind celula să producă proteinele necesare activării sistemului imunitar. La momentul când sunt introduse în adenovirus genele necesare producerii proteinei SARS-CoV-2, este dezactivată și capacitatea de reproducere a virusului ca măsură de protecție.

Deși la ora actuala nu există niciun vaccin adenovirus destinat oamenilor, cercetătorii folosesc această tehnică de mult timp în laboratoare. Procedura inserării genelor într-un adenovirus este rutină pentru majoritatea laboratoarelor de cercetări genetice. Necesită mai multă muncă decât vaccinul ARNm, dar tehnica este foarte bine pusă la punct și este rapidă. Vaccinurile adenovirus sunt relativ stabile și nu necesită temperaturi foarte scăzute pentru stocare.

Una din problemele care au încetinit mult lucrul la vaccinurile adenovirus a fost găsirea adenovirusului potrivit. Din cauza variației mari de adenovirusuri din natură, (unele sunt inofensive, altele sunt complet necunoscute) cercetătorii trebuie să folosească un adenovirus inofensiv și complet necunoscut sistemului imunitar. Dacă adenovirusul din vaccin este recunoscut de sistemul imunitar, înainte de a-și livra „încărcătura”, sistemul imunitar va ataca vaccinul.

Vaccin ARNm (produs de Pfizer, Moderna și Oxford-AstraZeneca): aceste vaccinuri nu folosesc nici patogenul, nici proteinele patogenului în mod direct. Ele injectează în celule ARN „împachetat” în diverse feluri (pot folosi o cale de livrare chimica sau pot folosi virusuri pentru livrare). După ce celula primește „mesajul”, ea va începe să producă proteinele patogenului-țintă, celula va afișa pe exterior aceste proteine care vor fi detectate și anihilate de sistemul imunitar ce va dezvolta rezistență față de patogen. De ce este avantajos? Vaccinul poliomielitei, de exemplu, este un vaccin foarte bun, dar creșterea unei cantități mari de virus activ, urmată de slăbirea sau extragerea unor componente din acel virus, necesită mult timp.

Un vaccin ARN necesită perioade de timp foarte scurte de producție față de variantele tradiționale. În acest moment sunt peste 100 de vaccinuri COVID-19 dezvoltate la nivel mondial prin intermediul unor tehnologii diferite. Dar cele mai cunoscute sunt vaccinurile produse de Pfizer și Moderna. Ambele se bazează pe tehnologia ARNm. Asta înseamnă că producția unui vaccin poate începe din clipa în care obținem genomul patogenului, adică foarte repede. ARNm-ul este foarte fragil, dacă nu este manevrat corespunzător se degradează foarte rapid. Din acest motiv trebuie păstrat la o temperatură de -80 grade Celsius (vaccin Pfizer) și -20 grade Celsius (vaccin Moderna). O abordare similară a fost folosită în crearea vaccinului Ebola, rVSZ-ZEBOV, ce a fost folosit intensiv în epidemia recentă din Congo și Uganda, în cadrul căreia au fost vaccinați peste 300.000 de oameni. Vaccinul Ebola conține o versiune slăbită de virus bovin ce este modificat pentru a produce o genă specifică unei proteine Ebola.

Povești nemuritoare despre vaccin

Vaccinul ARNm nu este sigur, a fost făcut prea repede

30 de ani de cercetare și testare a permis unor grupuri de cercetători să aducă tehnologia ARNm pe punctul de a o folosi la scară mare. Companiile și-au creat platforme care, teoretic, pot fi folosite pentru producerea unui vaccin pentru orice boală infecțioasă prin simpla folosire a secvenței ARNm potrivită pentru acel agent patogen.
Si ajungem în 2020 și la apariția lui COVID-19. În doar câteva săptămâni de la apariția virusului, cercetătorii din China finalizau secvențierea completă a genomului său și o publicau pe Internet. La nivel mondial se începe munca la producerea unui vaccin ARNm. După câteva zeci de zile existau cantități suficiente de vaccin pentru a începe testele pe animale și oameni. La 11 luni de la identificarea virusului, autoritățile medicale din SUA si UK confirmă eficiența și gradul de siguranță al vaccinului COVID-19. Este primul vaccin obținut în mai puțin de 4 ani.
Deja s-a început lucrul la alte vaccinuri ARNm destinate altor agenți patogeni (Ebola, Zika, etc.). Celulele canceroase produc și ele proteine ce pot fi folosite într-un vaccin ARNm. În teorie, tehnologia ARNm ar putea chiar să producă proteinele ce lipsesc din cauza anumitor boli, cum ar fi fibroza chistică.

Deși conceptul sună simplu, are în spate decade întregi de muncă în domeniul ARNm pentru a trece peste câteva greutăți majore. Cercetătorii au trebuit să învețe să modifice ARN-ul în așa fel încât să nu producă reacții imunitare nedorite. Apoi au căutat o metodă de a convinge celulele sistemului imunitar să descompună ARNm-ul introdus în sânge. Apoi au avut nevoie de o modalitate de a face celulele să producă proteina dorită în cantități suficiente. La final au constatat că, față de vaccinurile tradiționale, vaccinurile ARNm oferă o imunitate sporită: stimulează producerea de celule B (produc anticorpi, care captează, blochează și distrug agenți cauzatori de boli, cum ar fi virusurile și bacteriile) și celule T (produc anticorpi care se leagă direct de celulele infectate din organism și le distrug, oferind un răspuns imun celular. Orice celulă infectată din organism afișează pe suprafața ei proteine ale agentului-invadator, aceste proteine permit celulelor T să le identifice și să le distrugă.).

Rețineți faptul ca vaccinul ARNm nu a apărut peste noapte, și este bazat pe alte lucrări științifice complexe fără de care nu ar fi putut fi realizat într-un timp atât de scurt:

– înțelegerea structurii ADN si ARNm și a felului în care este produsă o proteină, inventarea tehnologiei necesare secvențierii genetice a unui virus, inventarea tehnologiei necesare construirii unui ARNm care să producă o anumită proteină, identificarea și rezolvarea tuturor situațiilor care ar împiedica vaccinul ARNm să călătorească dincolo de locul injectării, inventarea tehnologiei informaționale necesare pentru a transmite informații oriunde în lume cu viteza luminii.

Apoi avem un context aparte creat de apariția unei pandemii. La apariția acestui vaccin au contribuit mii de cercetători, iar obținerea fondurilor necesare nu a fost o problemă. La testele preliminare s-au înscris zeci de mii de persoane de-a lungul anului 2020 (un număr enorm și o perioadă foartă scurtă dacă comparăm cu alte vaccinuri). Datorită numărului mare de persoane infectate, s-a putut observa ușor cât de eficient este vaccinul. La finalul anului 2020 erau vaccinate mai mult de 10 milioane de persoane.

Vaccinul ARNm îmi va modifica ADN-ul

ARNm-ul se găsește în toate celulele vii. Aceste porțiuni de cod genetic au rolul de intermediari chimici între ADN-ul din cromozomii noștri și mecanismele celulare ce produc proteinele de care avem nevoie. Tot ce face ARNm-ul este să livreze instrucțiunile necesare producerii proteinelor. ARNm-ul nu este același lucru cu ADN-ul, prin urmare nu se poate combina cu cu el pentru a produce schimbări de ADN. Este și foarte fragil, nu poate rezista mai mult de 72 de ore în interiorul unei celule, după care începe să se degradeze.

Vaccinurile ARNm conțin doar instrucțiunile necesare celulei pentru a produce proteinele specifice virusului SARS-CoV-2. Sarcina ARNm-ului este de a intra în celulă și de a „livra” instrucțiuni specifice pentru producerea proteinei Spike SARS-CoV-2. După ce celula produce proteinele, instrucțiunile ARNm sunt descompuse. Celula afișează pe exterior proteina Spike, iar sistemul imunitar detectează ca intrus celula, și începe să producă anticorpi specializați. La sfârșitul acestui proces, sistemul imunitar va recunoaște rapid virusul SARS-CoV-2 și va avea pregătită o reacție imunitară eficientă și rapidă.

Rețineți detaliul de mai sus. Vaccinul ARNm nu conține setul de instrucțiuni pentru producerea integrală a virusului SARS-CoV-2. Celulele vor primi doar instrucțiunile necesare pentru a produce proteina Spike (care formeaza asa-zisa coroana de țepi a virusului) folosită de virus pentru a se „agăța și intra” în celule. Pe scurt, vaccinul duce la crearea de proteine Spike specifice SARS-CoV-2, ceea ce face ca sistemul imunitar să intervină, ceea ce îl pregătește pentru momentul când va întâlni virusul real. Cel mai mare avantaj al vaccinului ARNm este simplitatea lui. E constituit doar din ARNm și „pachetul” de livrare în interiorul celulei. După ce trece membrană, ARNm-ul contactează mecanismele de producere a proteinelor aflate în citoplasma celulei, fără a ajunge în nucleul celulei, locul în care se află cromozomii noștri.

Capacitatea de producție proteică a celulelor noastre nu este limitată doar la proteinele umane. Atunci când un virus ne infectează, își injectează propriul material genetic în celulele noastre, și își trimite propriile instrucțiuni ARNm pentru a produce ceea ce îi trebuie. În felul acesta virusul poate asambla noi particule virale din proteinele obținute ca să poate infecta și alte celule. Vaccinul ARNm este bazat pe aceeași idee. Există virusuri ce își pot integra materialul genetic în ADN-ul celulei, cum ar fi virusul HIV, dar numai cu ajutorul unor enzime specializate. Vaccinul ARNm nu conține aceste enzime, prin urmare nu există riscul de modificare a ADN-ul gazdei.

Copiii vaccinati cu ROR au devenit autiști.

Corelarea nu este același lucru cu cauzalitea. Au fost făcute o mulțime de studii ce indică faptul că vaccinurile nu cauzează autism. Legătura dintre autism și vaccinul ROR a fost creată în mod fraudulos de Andrew Wakefield. În acest moment, autismul nu poate fi explicat printr-un singur factor, mai degrabă pare o să fie cauzat de o combinație de genetică, factori externi și dezvoltare.

Nu sunt împotriva vaccinării, dar trebuie să fie 100% sigură.

Așteptări nerealiste. Este complet absurd să ne așteptăm ca un tratament medical să fie 100% sigur și lipsit de efecte adverse.

Unchiul meu s-a vaccinat și tot s-a îmbolnăvit.

Așteptări nerealiste. Vaccinurile nu sunt 100% eficiente, dar scad foarte mult probabilitatea îmbolnăvirii. Genul acesta de afirmații sunt simple anecdote ce subliniază un singur caz și ignoră majoritatea oamenilor vaccinați.

Informațiile reale sunt ascunse, iar noi suntem ținuți în întuneric.

Teoria conspirației. Argumentul conform căruia toți cercetătorii medicali din lume mint publicul în mod constant e extrem de implauzibil deoarece există echipe independente de cercetători care verifică munca altora și obțin aceleași rezultate.

Prefer abordarea naturală, mă îmbolnăvesc și mă vindec natural.

Apelul la natură. Doar pentru că ceva este natural, nu înseamnă că e bun sau eficient, tot așa cum dacă ceva nu e „natural” (orice produs farmaceutic) nu înseamnă că e rău sau ineficient.

Vaccinul COVID-19 te va îmbolnăvi de COVID-19.

Informație eronată. Niciunul dintre vaccinurile actuale nu folosesc virusul propriu-zis.

Vaccinul COVID-19 poate ucide unii oameni.

Ca în cazul oricărui tratament medical sau produs farmaceutic, este adevărat. Dar dezavantajele și efectele adverse pălesc în comparație cu avantajele și numărul de posibile morți cauzate de COVID-19.

COVID-19 este doar o altă gripă.

COVID-19 este de 3 ori mai mortal decât gripa pentru pacienții ce necesită internare în spital. La finalul anului 2020 erau raportate 1.7 milioane de decese cauzate de COVID-19.

COVID-19 nu există, e o farsă, vor să ne distragă atenția de la alte evenimente.

Dacă COVID-19 ar fi doar farsă sau o inducere intenționată în eroare, ar trebui să implice milioane de „figuranți” care să pretindă că îngrijesc bolnavii, că sunt bolnavi, să îngroape morții etc.

Cei care au murit de COVID-19, oricum ar fi murit din alte cauze.

Generalizare ce presupune că dacă unii oameni bătrâni mor din alte cauze, toți vor muri din alte cauze. COVID-19 a cauzat mai multe morți decât cele ce au loc de-a lungul unui an „normal”.

Vaccinat sau nevaccinat, aceasta e întrebarea

Persoanele ce sunt împotriva vaccinului COVID-19 de regulă fac asta din motive ideologice (în unele țări vaccinul a fost politizat). De regulă respingerea vaccinului este larg răspândită printre ideologiile de dreapta și cele populiste. O altă parte dintre oponenții vaccinului  cred în diverse teorii ale conspirației. Alții înțeleg necesitatea vaccinării, dar au îndoieli legate de siguranța vaccinului. Iar alții intenționează să nu se vaccineze, dar să beneficieze de imunitatea de turmă. Trebuie să se înțeleagă și faptul că e normal să avem efecte adverse. Din punct de vedere statistic, dacă vaccinăm 10 milioane de oameni, 4025 vor suferi un atac de cord, 3975 vor avea un atac cerebral, 9500 vor fi diagnosticați cu cancer, 14000 vor muri. Acest fel de evenimente sunt normale, ba chiar devin mai frecvente cu cât numărul de persoane vaccinate crește, dar asta nu înseamnă neapărat că vaccinul este responsabil în mod direct.

Surse:

https://www.futurity.org

https://www.cdc.gov/coronavirus

https://www.health.harvard.edu/

https://www.gavi.org/

https://www.gavi.org/

https://www.the-scientist.com

https://statnews.com

https://www.bbc.com/news/54893437

https://www.health.harvard.edu

https://www.cdc.gov/coronavirus

https://news.mit.edu

https://www.nytimes.com/

Articolul Informații importante despre vaccinul COVID-19 apare prima dată în Descoperă.

Mișcarea antivaccin e prezentă în știrile săptămânale în mod regulat, poate chiar mai des în această perioada de pandemie. Dar mișcarea este la fel de veche ca primul vaccin. Vaccinarea este una dintre cele mai mari realizări din domeniul sănătății publice, iar criticii vaccinării s-au opus în multe feluri de-a lungul istoriei vaccinelor și științei din spatele lor, de la opoziția față de vaccinul contra variolei din Anglia și SUA din perioada 1800 și apariția ligilor antivaccin, până la controverse recente despre siguranța vaccinului contra difteriei, tetanosului și tusei convulsive sau a vaccinului contra pojarului, oreionului si rubeolă, și până la folosirea conservantului tiomersal, sau a recentului vaccin COVID.

1976: Apariția vaccinului contra variolei.

În anii 1790, epidemia de variolă devasta Europa, ucigând aproximativ 400.000 de oameni pe an și lăsând pe alții orbi sau desfigurați. Medicina chineză observase de multă vreme ca supraviețuitorii erau imuni la boala, vracii chinezi „vaccinau” pacienții prin măcinarea cojițelor produse de variolă și suflarea pulberii obținute în nasul pacienților sănătoși. O altă metodă asemănătoare a fost folosită în Vest în secolul al XVIII-lea consta în frecarea pulberii obținute din cojițe de mici zgârieturi ale pielii unei persoane sănătoase. Rata de mortalitate era mult mai scăzută în cazul celor care beneficiau de acest tratament. Dar acest lucru nu a împiedicat pe unii oameni să îi arunce cărămizi prin ferestre lui Cotton Mather și să îl numească ucigaș de copii, atunci când a început să promoveze acest gen de tratament în Massachusetts.
Doctorul scoțian Edward Jenner a fost cel care a popularizat ideea infectării pacienților cu varianta similară, dar mai blândă, a variolei vacilor. Jenner a publicat rezultatele sale în 1896, iar până în 1800, mai mult de 100.000 de oameni fuseseră vaccinați împotriva variolei în Europa. În același an, doctorul Benjamin Waterhouse a făcut prima vaccinare din USA, pe copii și servitorii săi. Cam aceasta este povestea vaccinului modern, dar și a mișcării antivaccin.

Imaginea prezintă o primă formă de propagandă antivaccin apărută în perioada anilor 1800 – o caricatură franceză a două persoane ce mânuiesc o seringă uriașă și care trag un monstru (boala) după ei, în timp ce un grup de copii fug terorizați. În 1802, apare gravura engleză The Cow-Pock or the Wonderful Effects of the New Inoculation ce înfățișează persoane vaccinate recent cărora le cresc capete de vită din locul în care au fost vaccinați, o referință la puroiul de vacă al vitelor bolnave de variolă ce era folosit în vaccinurile de atunci.

Un alt doctor englez, Benjamin Moseley, a devenit unul dintre primii antivaxxeri: Moseley încă folosea metoda cojițelor măcinate, iar vaccinul îi amenința veniturile. Într-un eseu din 1806, el susținea că amestecul „materiei” vitelor cu „materia” umană e împotriva legilor naturii. El descria simptome ficționale ale perioadei post-vaccinare: „fața de vacă” și faptul că femeile „ar putea să se ducă pe câmp ca să primească îmbrățișarea taurului”.
Alți antivaxxeri timpurii susțineau că vaccinarea pervertește voința divină. În perioada anilor 1850, John Gibbs predica că există un număr fix de boli, iar eliminarea variolei va face ca alte boli, cum ar fi pojarul să devină mai frecvente. Gibbs mai susținea că, deși adesea e fatală, variola ar trebui încurajată deoarece „ușurează corpul de umorile ce trebuie eliminate, fiind un proces sănătos”.

1853: Vaccinul contra variolei devine obligatoriu în Anglia

Legea Vaccinării din 1853 a făcut obligatorie vaccinarea contra variolei obligatorie pentru toți copiii sub 3 luni, în caz contrar se dădeau amenzi și pedepse cu închisoarea pentru părinți. Din acest motiv au izbucnit revolte violente în Ipswich, Henley și Mitford, iar în Londra a fost formată Liga Antivaccinare. În urma unei legi din 1867 vaccinarea a devenit obligatorie pentru toți copiii sunt 14 ani, iar asta l-a făcut pe John Gibbs, împreună cu frații săi, Richard și George, au fondat Liga Împotriva Vaccinării Obligatorii. De această dată, antivaxxerii au obținut ce au vrut: în 1898 Parlamentul a eliminat pedepsele și a făcut vaccinarea opțională.

1870: Mișcarea antivax americană își ia avânt

William Tebb a început să promoveze propaganda antivaccin în USA în anii 1870, care conținea printre altele afirmații de genul 25.000 de copii sunt uciși în fiecare an și că 80% din morțile cauzate de variolă apăreau în rândul celor vaccinați. Argumentele lui Tebb au dus la organizarea primei întâlniri a ligii antivaccinare în New York, în 1882. Mișcarea antivaccin a dus și la proliferarea medicamentelor-minune și a homeopatiei. În acea perioadă legile erau foarte permisive: oricine se putea intitula doctor și să își deschidă un cabinet din care să vândă tratamente bazate pe plante medicinale și diete.

1885: Marșul celor peste 100.000 de protestatari antivaccin

De-a lungul secolului al XIX-lea, părinții englezi au continuat să se opună vaccinării obligatorii deoarece considerau că dreptul lor de a lua decizii pentru familia lor. În 1869, Liga Antivaccinare din Leicester a fost formată și a avut succes în producerea scepticismului legat de beneficiile vaccinării. În 1881, parlamentarul orașului Leicester, P. A. Taylor, a publicat 200,000 de copii a unei scrisori deschise, Current fallacies about vaccination. Antivaxxerii la rândul lor aveau propriile publicații și ziare care sfătuiau părinții asupra modului în care puteau evita vaccinarea obligatorie a copiilor lor. În 1885, aproximativ 100.000 de protestatari au venit în Leicester pentru a protesta împotriva vaccinării obligatorii. Aveau sicrie de copii și au decapitat efigia lui Edward Jenner.

1905: Vaccinarea obligatorie devine legală în USA

La începutul secolului XX, aproximativ jumătate din statele din USA considerau vaccinarea obligatorie. Dar lipsa controalelor permitea multor copii să rămână nevaccinați. Legislatorii din Minnesota au cedat presiunii antivaxxerilor și au pus în aplicare o lege ce interzicea vaccinarea obligatorie a școlarilor în 1903. Această lege a fost ulterior învinovățită de epidemia de variolă din 1924 care a ucis 28.000 de persoane. (Antivaxxerii au reușit să pună în aplicare legi asemănătoare în California, Illinois, Indiana, West Virginia și Winsconsin).
După ce imigrantul suedez Henning Jacobson a fost arestat pentru sfidarea legilor de vaccinare obligatorii din Massachusetts, cazul său a ajuns in la Curtea Supremă. În 1905, justiția a hotărât (împotriva lui Jacobson) că vaccinarea asigură imunitatea de turmă și că statul are dreptul de a impune vaccinarea obligatorie pentru binele întregii comunități. Decizia a fost totuși anulată prin declararea vaccinării obligatorii ca fiind ilegală, iar rezistența antivaccin a continuat: în 1928, un grup de inspectori medicali au fost izgoniți din Georgetown, Delaware, de către o gloată de antivaccin.
Unul dintre liderii cei mai cunoscuți ai mișcării antivaccin de la începutul secolului al XX-lea a fost Lora Little, o mamă care învinovățea vaccinul variolei pentru moartea copilului ei. Datele medicale indică faptul că Kenneth Little a murit de difterie la mai bine de 6 luni de când a fost vaccinat, dar mama a insistat că „poluarea artificială a sângelui său”, a slăbit organismul fiului ei.
Little susținea că sistemul medical american e doar o unealtă a guvernului american și că vaccinarea obligatorie e un precedent periculos ce permite statului să controleze corpul cetățenilor. În 1898, Little fondează The Liberator, o publicație lunară ce promova diete și stiluri de viață sănătoase, dar care condamna vaccinurile. În cartea sa din 1906, Crimes of the Cowpox Ring: Some moving pictures thrown on the dead wall of official silence, descria producătorii de vaccine ca fiind puternici și lacomi, și cataloga diverse cazuri a unor copii americani a căror moarte sau probleme de sănătate erau cauzate de vaccine, în opinia ei. În 1916, în timp ce se adresa soldaților din Dakota de Nord, Little le-a spus să refuze vaccinarea obligatorie și a fost arestată pentru incitare la revoltă în baza legii Spionajului.

1970: epidemia de tuse convulsivă din Marea Britanie

Eforturile din timpul celui de Al Doilea Război Mondial au creat noi vaccine, dar mișcarea antivaccin era încă activă. In anii 1970, vaccinul pentru difterie, tetanos și tuse convulsivă era învinovățit pentru problemele neurologice a unor copii britanici, chiar și atunci când studiile indicau „lipsa de asociere a administrării vaccinului cu problemele neurologice ulterioare”. Administrarea acestui vaccin a scăzut de la 81% în 1974 la 31% în 1980, această scădere producând o epidemie majoră de tuse convulsivă între anii 1977-1979 și anii 1981-1983. În 2012 tusea convulsivă a revenit – mai mult de 9300 de cazuri, doar in Marea Britanie.

1998: Un studiu din Lancet asociază vaccinarea cu autismul

În 1998, gastroenterologul britanic Andrew Wakefield a publicat un raport ce indica legătura dintre vaccinul MMR (rujeolă, oreion și rubeolă) – folosit încă din anii 1970 – și autism și bolile intestinului la sugari. Cercetările ulterioare nu au reușit sa reproducă rezultatele lui Wakefield și, în 2004, în urma unei investigații lansate de Sunday Times s-a descoperit ca Wakefield a falsificat rezultatele. Membrii publicației Lancet au spus în 2004 că regretă că au publicat lucrarea lui Wakefield. Lancet a retras raportul lui Wakefield, iar autorului i-a fost retras dreptul de a mai practica medicina in Marea Britanie.

Consiliul Medical General a descoperit că Wakefield a avut un conflict de interese nedeclarat. Wakefield era plătit de un grup de avocați pentru a căuta dovezi care să susțină cazul unor părinți care credeau că vaccinul le-a îmbolnăvit copiii. În 2011, au fost publicate o serie de rapoarte de către jurnalistul Brian Deer ce demonstrează că Wakefield a comis o fraudă științifică prin falsificarea datelor științifice și că spera că va putea profita financiar de pe urma acestui lucru. Ulterior, el s-a mutat in SUA si și-a reluat activitatea antivaccin. În 2016, același an în care a participat la balul de inaugurare a lui Trump, a regizat filmul propagandistic antivaccin Vaxxed: From Cover-Up to Catastrophe.

Cel mai recent studiu (Martie 2019) efectuat pe 600.000 de copii danezi a stabilit că nu există nicio legătură între vaccinul MMR și autism. Din păcate, studiul lui Wakefield continuă să alimenteze scepticismul: un sondaj din 2018 realizat de Zogby Analytics a arătat ca aproape 20% din americani consideră că vaccinurile sunt nesigure.

Green Our Vaccines

Tiomersalul, este un compus organo-mercuric, care conține circa mercur în proporție de 49%, și este folosit ca conservant în vaccine. Acest conservant a fost și el ținta unei controverse legată de autism. Deși nu există dovezi științifice clare că cantitatea de tiomersal din vaccin e nocivă, în iulie 1999, organizațiile medicale publice și producătorii de vaccine au fost de acord că tiomersalul din vaccine poate fi eliminat sau redus ca măsură de precauție.
În 2001, un comitet al Institutului Medicinei ce se ocupa cu verificarea siguranței imunizării a publicat un raport ce concluziona că nu există suficiente dovezi care valideze sau să invalideze ideea că tiomersalul din vaccinurile de copii cauzează autism, întârzieri în dezvoltarea limbajului sau a vorbirii sau deficit de atenție. Alte rapoarte ce au urmat resping relația cauzală dintre tiomersal și autism. Chiar și în aceste condiții studiul efectelor tiomersalului continuă.

În prezent, tiomersalul nu mai este folosit ca conservant în vaccine.
În ciuda acestor dovezi științifice îngrijorările legate de tiomersal au dus la apariția mișcării „Green our vaccines”, mișcare ce militează pentru îndepărtarea „toxinelor cauzatoare de autism” din vaccine. Mișcarea e condusă de Jenny McCarthy și grupul ei, Generation Rescue, și de organizația Talk About Curing Autism.

Vaccinarea obligatorie

În SUA vaccinarea contra anumitor boli este obligatorie, inclusiv la intrarea în sistemul școlar public. Prima vaccinare obligatorie a fost dispusă în 1850 pentru a preveni variola. Eforturile federale și a statelor de eradicare a rujeolei în 1960 și 1970 a motivat multe politici de vaccinare obligatorie. În 1990, toate cele 50 de state cereau studenților să fie vaccinați contra anumitor boli, totodată majoritatea statelor cereau vaccinarea școlarilor și a copiilor înscriși la grădiniță. Vaccinurile sunt licențiate și adăugate la programul de imunizare după ce au fost testate și monitorizate. Acest proces este efectuat de Programul Național de Vaccinare și de alte comitete asemănătoare. Statele își creează propriile programe de vaccinare bazându-se pe informațiile acestea.
Discuțiile etice apar deoarece unii indivizi și unele comunități nu sunt de acord cu vaccinarea obligatorie, și/sau au credințe religioase/filozofice ce intră în conflict cu vaccinarea. Problemele apar deoarece pentru a proteja un număr cât mai mare de oameni uneori se ignoră autonomia și libertatea individuală. Un exemplu bun este vaccinul HPV (virusul Papilloma uman), o boală cu transmisie sexuală. FDA a aprobat vaccinul în 2006, dar obiecții de natură etică ce includ opinii religioase că un vaccin contra unei boli sexuale contrazice mesajele religioase de abstinență sexuală, sau că vaccinul ar putea forța un copil să fie supus unei operații ce e în contradicție cu credințele părinților.
Toate cele 50 de state permit excluderea de la vaccinare în baza contraindicațiilor medicale, 48 de state permit excluderea de la vaccinare în baza motivației religioase, iar alte 20 de state permit excluderea de la vaccinare în baza motivației filozofice. Majoritatea studiilor indică faptul că indivizii excluși de la vaccinare sunt mult mai predispuși să se îmbolnăvească, fapt ce îi pune atât pe ei, cât și comunitățile lor în pericol.

Metoda științifică în istoria vaccinelor

Metoda științifică reprezintă modalitatea sistematică de a pune întrebări și de a răspunde la întrebări despre lumea fizică. Deși putem să zicem că e vorba de o simplă serie de pași ce trebuie urmați, lucrurile nu sunt așa. Nu există un model de metodă științifică care poate fi aplicat în toate situațiile întâlnite. Fiecare investigație științifică necesită propria sa metoda științifică. Metoda științifică cere totuși păstrarea in mod obligatoriu a unor anumite calități.
Una dintre calitățile unei investigații științifice e aceea că trebuie să răspundă la o întrebare specifică. Cu alte cuvinte, o investigație științifică nu trebuie să demonstreze ceva, ci să încerce să adune informații. O alta calitate necesară e faptul că informațiile trebuie adunate prin observații metodice și atent controlate. Totodată rezultatul unei investigații științifice trebuie să poată fi reprodus de alți cercetători ce urmează aceiași pași. Dacă rezultatul final nu poate fi reprodus, atunci concluzia originală poate fi pusă la îndoială.

În ce constă metoda științifică?

„Pașii” au fost dezvoltați de-a lungul timpului, și ei diferă în funcție de tipul de investigație. În general, se poate considera că este necesar cel puțin observația inițială, formularea unei ipoteze („întrebarea” la care trebuie să răspundă investigația), testarea ipotezei și formularea unei concluzii.

Observația – orice investigație științifică începe cu o observație care duce la o întrebare interesantă.
Ipoteza – poate fi o simplă propunere sau o posibilă soluție generată prin observarea unui fenomen. O ipoteză bună trebuie să satisfacă un minim de cerințe:

• În mod normal, trebuie să se bazeze pe cunoștințe deja existente. Să nu propună idei ce sunt complet opuse cunoștințelor din acel domeniu.
• Să fie simplă, compusă dintr-o problemă și o posibilă soluție.
• Să poată fi testată și falsificată. Soluția propusă în ipoteză poate fi supusă unui test observabil, iar prin acel test, e posibil să se demonstreze că ipoteza este falsă.

Testarea – multe studii științifice implică un test cu un grup de control și unul experimental. Există și alte tipuri de studii (metastudiile) ce se realizează doar prin modele și analiza datelor, dar aici ne referim strict la studiile bazate pe experimente.
Investigatorul folosește aceleași proceduri și pentru grupul de control și cel experimental. Unica diferență e faptul că grupul de control nu este expus niciodată la factorul testat (variabila studiată). Scopul grupului de control este de a asigura o comparație validă cu grupul experimental. În acest fel orice diferențe ce apar între cele 2 grupuri ar trebui să fie generate doar de prezența variabilei. Observațiile și înregistrarea corectă a datelor sunt cruciale în etapa de testare a metodei științifice. Orice eroare apărută în ele va duce la distorsionarea rezultatelor finale.

Concluzia – Ultimul pas al metodei științifice necesită analizarea și interpretarea datelor obținute în faza de testare pentru a produce o concluzie finală. O concluzie corectă ia în calcul toate datele adunate și se va reflecta asupra gradului de validitate a ipotezei.

Îmbunătățirea metodei științifice de-a lungul istoriei

Edward Jenner este unul dintre medicii faimoși din punct de vedere istoric. Jenner a testat ipoteza că infectarea unui om cu tulpina de variola bovină îi va crea imunitate față de variola umană. Toate vaccinurile dezvoltate de atunci sunt bazate pe munca lui Jenner.
Variola bovină are simptome ușoare la om și se transmite prin contactul cu ulcerațiile de pe ugerul vacii. Variola umană poate deveni letală când infectează un om, ucide cam 30% din persoanele infectate. Supraviețuitorii rămân cu cicatrici adânci pe față sau în alte zone ale corpului din cauza beșicilor produse de variolă. Totodată mulți deveneau orbi în urma infecției.
Jenner a devenit interesat de variolă datorită unei observații făcute de una dintre femeile ce mulgeau vacile: „Eu nu ma voi îmbolnăvi de variolă, deoarece am avut deja variola vacilor”. Aceasta idee era împărtășită și de alte lăptărese din acea vreme. Dar de ce este implicarea lui Jenner importantă, dacă efectul de imunizare al variolei bovine era deja cunoscut? Jenner s-a hotărât să testeze sistematic această observație pentru a forma bazele aplicării practice a beneficiilor infectării cu variola bovină.
Jenner a obținut materie biologică din rănile de provocate de variola bovină unei lăptărese. Materia a fost introdusă în brațul unui copil de 8 ani, James Phipps, prin zgâriere. Copilul s-a simțit prost câteva zile, dar apoi și-a revenit complet. Ulterior, Jenner a repetat procesul, dar utilizând de data aceasta materie biologică de la o beșică de variolă umană. Phipps nu a prezentat semne de infectare, iar Jenner a continuat testele pe alte persoane și a publicat un raport cu descoperirile sale.

În prezent, se știe că virusul care provoacă variola bovină face parte din categoria Orthopox care include și virusul variolei umane. Metoda de vaccinare a lui Jenner a devenit populară la nivel global. La 150 de ani după moartea lui Jenner, variola era pe cale de dispariție. În 1980 Organizația Mondială a Sănătății a declarat variola ca fiind eradicată în urma programului global de supraveghere și vaccinare.
Pe scurt, metoda științifică folosită de Jenner a constat în:

• Observație: Oamenii infectați cu variolă bovină devin imuni la variola umană.
• Ipoteză: Dacă o persoană este expusă intenționat la variola bovină, acea persoană va fi protejată când va fi expusa intenționat la variola umană.
• Testare: Infectarea unei persoane cu variolă bovină. Infectarea aceleiași persoane cu variolă umană. (Jenner nu a folosit un grup de control).
• Concluzie: Infectarea cu variolă bovină previne infectarea cu variolă umană.

Jenner a repetat de mai multe ori experimentului și a obținut mereu aceleași rezultate. După publicarea datelor sale, alți cercetători au reușit sa obțină aceleași rezultate. Prin aplicarea metodei științifice Jenner a devenit faimos și a obținut metoda de combatere a variolei.

Robert Koch (1843-1910) a fost un medic german care a pus bazele științifice ale bacteriologiei. Koch a identificat bacteria antraxului, holerei și a tuberculozei. Koch împreună cu Friedrich Loeffler au dezvoltat o metoda de identificare a agentului ce cauzează boala. Metoda dezvoltată de ei încă este folosită în prezent. Metoda este cunoscută sub numele de Postulatele lui Koch și constă într-o serie de principii de bază, bazate pe observație și reproducerea rezultatelor, folosite la identificarea cauzei unei boli infecțioaseȘ

• Microbul este prezent în fiecare caz de îmbolnăvire.
• Microbul poate fi preluat de la gazdă și cultivat în mod independent.
• Boala apare odată cu introducerea microbilor cultivați într-o gazdă sănătoasă. (Unele gazde nu prezintă semne de boală, deși sunt infectate. Se numesc purtători asimptomatici).
• Microbul poate fi izolat și identificat la gazda sănătoasă de la pasul 3.

Pearl Kendrick, în perioada anilor 1930, a produs un vaccin pentru tusea convulsivă. O parte importantă a testelor sale a constat în folosirea unui grup de control. Dincolo de noutatea acestui fapt, Kendrick a înțeles că prezența unui grup de control va adăuga greutate rezultatelor finale dacă vaccinul va fi eficient. Numărul de cazuri de tuse convulsivă din grupul de control va arăta dacă vaccinul poate reduce sau nu cazurile din grupul experimental.
Copiii din grupul experimental erau aleși dintre copiii ce veneau la clinică în căutarea unui vaccin pentru tusea convulsivă. Copiii din grupul de control au fost aleși dintr-o listă de copiii nevaccinați. Una din problemele acestui experiment este lipsa distribuirii aleatorii într-un grup sau altul al copiilor. Distribuirea aleatorie este făcută în scopul de a ne asigura că diferențele dintre grupuri sunt cât mai mici și nu vor influența rezultatele experimentului. În ciuda acestei probleme, experimentul lui Kendrick a stabilit normele și așteptările viitoarelor testări de vaccine, și a arătat eficacitatea vaccinului său.
Jonas Salk, în 1954, a început testarea vaccinului contra poliomelitei. Testarea a avut un număr foarte mare de subiecți: 1.3 milioane de copii. Testarea a fost sub forma unui experiment aleatoriu dublu orb. Dublu orb înseamnă că nimeni (nici copiii, nici părinții, nici medicii sau cercetătorii) nu știa dacă un copil a primit o doză de vaccin sau doar o doză placebo. Această informație era codată sub formă de numere pe fiolele folosite și erau adăugate la fiecare caz de vaccinare. Doar la finalul perioadei de observare și după înregistrarea concluziei (s-a îmbolnăvit copilul de poliomelită pe durata perioadei de observare sau nu?) se putea afla dacă copilul a primit o doza de vaccin sau o doză de placebo.
În mod ironic, autoritățile nu vor reuși să păstreze standardul aleatoriu dublu orb pe durata experimentului. În unele comunități, nu s-a dorit folosirea unui placebo, prin urmare grupurile de control au fost doar observate. Acest lucru se datorează faptului că părinții copiilor din grupurile de control observate nu au dorit ca copiii lor să primească aleatoriu o doză de vaccin.
În pofida acestor piedici, testarea vaccinului a fost un succes. Salk a distribuit patentul vaccinului liber și gratuit, iar în scurt timp boala care odată paraliza mii de copii a fost eliminată din emisfera nordică.

Concluzie și informații suplimentare

Istoria metodei științifice în dezvoltarea vaccinelor este și astăzi atent controlată. De-a lungul anilor, pe măsură ce tehnologia a avansat, standardele de testare au devenit tot mai aspre. Principiile grupului de control, al standardului aleatoriu dublu orb au roluri cheie în testarea vaccinelor actuale. De-a lungul timpului au persistat unele idei greșite despre vaccinuri datorate lipsei de înțelegere a efectelor vaccinării:

• Cum produc imunitate vaccinurile? Pot da imunitate împotriva bacteriilor și virușilor?

Când un patogen intră în corp, sistemul imunitar produce anticorpi pentru a-l distruge. În funcție de cât de puternic și de eficient este răspunsul imunitar, gazda va prezenta sau nu simptomele bolii.
Dacă totuși te îmbolnăvești, unii anticorpi vor rămâne activi chiar și după vindecare, și vor recunoaște patogenul cu ușurință în viitor. Eficiența vaccinelor este bazată pe acest principiu. Vaccinurile sunt produse folosind patogeni morți, slăbiți sau fragmente de patogeni. Niciun vaccin nu conține suficientă materie patogenă ca să te îmbolnăvească, dar este suficientă să producă un răspuns imunitar. Obții imunitate fără să te îmbolnăvești efectiv, când organismul va fi expus iar la patogen, va avea deja un răspuns imunitar pregătit.
Unele vaccine bacteriologice sunt produse dintr-o formă a bacteriei. În alte cazuri, vaccinul conține o formă modificată (slăbită sau inactivată) a toxinei produse de bacterie numită toxoidă. De exemplu, tetanosul nu este cauzat direct de bacteria Clostridium tetani, ci de tetanospasmină, toxină generată de bacterie. Vaccinul de tetanos este produs cu ajutorul tetanospasminei toxoide.

• „Suprasolicitarea” sistemului imunitar se referă la ideea că sistemul imunitar al unui copil poate fi suprasolicitat dacă primește vaccine multiple. Această idee a apărut pe măsură ce numărul de vaccine pentru copii a crescut, iar unele vaccine multiple fiind combinate într-o doză unică. Studiile actuale nu indică posibile probleme la administrarea vaccinelor combinate față de cele administrate separat. Unii părinți aleg să mărească perioada dintre vaccine doar ca să fie „siguri că nu apar probleme”. Ideea e eronată deoarece mărește riscul ca copilul să se îmbolnăvească de una din bolile ce pot fi prevenite prin vaccinare.
• Ideea că vaccinarea nu mai e necesară deoarece bolile au dispărut, este atât greșită, cât și periculoasă. De exemplu, poliomelita a dispărut din SUA, dar continuă să existe în alte țări și poate fi reintrodusă cu ușurință în locurile de unde a „dispărut”. Câtă vreme majoritatea populației este vaccinată, riscul unei epidemii este foarte mic. În perioada anilor 2000, pojarul, altă boală ce a „dispărut”, a reapărut în Anglia din cauza ratei mici de vaccinare.
• „Persoanele vaccinate se îmbolnăvesc în număr mai mare decât persoanele nevaccinate” este o altă idee periculoasă. Când boala apare, atât persoanele vaccinate, cât și cele nevaccinate sunt expuse riscului îmbolnăvirii. Niciun vaccin nu este 100% eficient, de aceea este normal ca unele persoane vaccinate să se îmbolnăvească oricum. Ba mai mult, în cazul unei epidemii numărul de persoane vaccinate bolnave va fi mai mare decât numărul de persoane nevaccinate bolnave. Această situație apare deoarece sunt foarte puține persoane care evită vaccinarea.

Sa considerăm ca expunem un grup de 500 de persoane la o boală, în grup, 490 de persoane sunt vaccinate, iar 10 nu sunt vaccinate. Vaccinurile asigură nivele de protecție diferită, dar să presupunem în acest caz că 98 din 100 de persoane vor fi imune la boală. După expunerea la boală, toate cele 10 persoane nevaccinate se vor îmbolnăvi, dar cum rămâne cu cele 490 de de persoane vaccinate?

Să presupunem că 98 din 100 de indivizi devin imuni, înseamnă că vom avea 10 persoane bolnave din cele 490 vaccinate, același număr ca la persoanele nevaccinate. Dar aceste numere trebuie puse în contextul procentajului de persoane vaccinate și nevaccinate ce s-au îmbolnăvit. Acele 10 persoane vaccinate bolnave reprezintă 2% din totalul indivizilor vaccinați. Cele 10 persoane nevaccinate ce s-au îmbolnăvit reprezintă 100% din totalul indivizilor nevaccinați.

Rezultatele finale arată așa: Mărime populație: 500, Indivizi vaccinați: 490, Indivizi nevaccinați: 10, Procentaj indivizi vaccinați îmbolnăviți: 2%, Procentaj indivizi nevaccinați îmbolnăviți: 100%

• Noțiunea conform căreia „o nutriție și o igienă mai bună duc la eliminarea bolilor, nu vaccinarea” este parțial adevărată. O igienă și o nutriție adecvată poate micșora riscul de contractarea anumitor boli, dar acest fapt nu se poate compara cu vaccinurile. Pojarul, de exemplu, avea între 300.00 și 800.000 de cazuri pe an în SUA, între anii 1950 și 1963, înainte de introducerea vaccinului. Spre finalul anului 1965, cazurile au scăzut dramatic. În 1969 au fost raportate 22.000 de cazuri (o scădere de 97.25% în doar trei ani), iar până în 1998 numărul de cazuri rar mai trecea de 100. Această scădere de cazuri raportate însoțește introducerea tuturor vaccinelor.

Cea mai bună dovadă că vaccinul, ci nu nutriția sau igiena, e responsabil de scăderea cazurilor de boală este varicela. Dacă igiena și nutriția ar fi fost suficiente pentru a preveni boala, cazurile de varicelă ar fi trebuit să scadă cu mult înainte de apariția vaccinului în anii 1990. Numărul aproximativ de cazuri anuale de varicelă raportate în SUA era de 4 milioane. Până în 2004, numărul de cazuri a scăzut cu 85%.

• „Imunitatea naturală este mai bună decât cea dobândită prin vaccinare” este parțial adevărată. În unele cazuri, imunitatea naturală rezistă mai mult decât cea oferită de un vaccin, dar riscurile infecției naturale sunt mai mari decât riscurile imunizării prin vaccin.

De exemplu, pojarul cauzează encefalită la 1 din 1000 de cazuri, iar la fiecare 1000 de cazuri raportate, 2 indivizi mor. Vaccinul ROR cauzează encefalită sau o reacție alergică severă la 1 din 1 milion de cazuri. Ba mai mult, vaccinul Hib și cel de tetanos oferă o imunitate mai bună decât cea obținută natural.
Beneficiile imunității prin vaccinare sunt mai mari decât cele obținute prin infecție naturală, chiar și în cazul în care sunt necesare doze suplimentare de menținere a imunității.

• De ce nu sunt vaccinurile 100% eficiente?

Vaccinurile sunt produse cu scopul de a produce un răspuns imunitar care va proteja gazda de viitoarele expuneri la patogen. Sistemele imunitare individuale sunt diferite, nu toate vor genera un răspuns imunitar adecvat, prin urmare nu toate persoanele vaccinate vor fi imune.
Dar eficiența vaccinelor este ridicată. După cea de a doua doza de vaccin ROR 99.7% din persoane devin imune. Vaccinul cu poliomelită inactivată asigură o protecție de 99% după 3 doze. Iar vaccinul varicelei este eficient în proporție de 85%-90%, dar 100% eficient în prevenirea cazurilor medii și severe.

• De ce sunt atât de multe vaccine?

În prezent, în SUA de exemplu, programul de vaccinare a copiilor până în 6 ani recomandă 14 imunizări diferite. Unii părinți pun în discuție faptul că numărul de vaccine e mare, ținând cont de faptul că unele boli sunt eradicate în SUA.
Fiecare dintre aceste boli necesită vaccinare deoarece pot cauza probleme grave de sănătate sau chiar moartea, totodată dacă rata de vaccinare a populației scade apare riscul apariției bolii. În ultimii ani, tot în SUA, a reapărut oreionul. Înaintea de introducerea vaccinului Hib, meningita Hib afecta peste 12.000 de copii anual, provocându-le moartea sau lăsându-i cu probleme majore de sănătate. După introducerea vaccinului, numărul de morți provocate de Hib a scăzut la mai puțin de 10 pe an. Fiecare vaccine recomandat copiilor mici este necesar datorită riscurilor de sănătate provocate de infectarea aleatorie.

• Este imunitatea naturală mai eficientă decât cea dobândită prin vaccinare?

În unele cazuri, imunitatea naturală durează mai mult decât imunitatea vaccinului. Dar riscurile infecției naturale depășesc riscurile imunizării prin vaccinare. De exemplu, pojarul poate cauza encefalită și ucide 2 din 1.000 de indivizi infectați. Vaccinul ROR poate cauza o reacție alergică o dată la un milion de cazuri. Iar vaccinul Hib și tetanos oferă o protecție mai mare decât imunitatea dobândită natural (dacă supraviețuiești bolii).

• De ce unele vaccinuri necesită doze suplimentare?

Încă nu a fost înțeles pe deplin motivul pentru care perioada de imunitate variază de la vaccin la vaccin. Unele oferă imunitate pe viață, altele au nevoie de doze suplimentare pentru menținerea imunității. Cercetările recente par să indice că persistența imunității e legată de viteza de răspândire în corp a bolii. Dacă boala progresează prea rapid, e posibil ca sistemul imunitar să nu aibă timp să răspundă în timp util pentru a preveni infecția – dar o poate preveni dacă i-am „reamintit” de boală printr-o doză suplimentară de vaccin.

• Copilul meu a fost invitat la o petrecere cu varicelă. Este mai bine să se îmbolnăvească natural? Ce rost are să vaccinăm copiii împotriva unei boli cu simptome blânde?

Ideea „petrecerilor cu varicelă” se bazează pe ideea că varicela este inofensivă. Înainte ca vaccinul varicelei să fie disponibil, în SUA, anual, erau aproximativ 10.000 de spitalizări și peste 100 de decese cauzate de varicelă. Îmbolnăvirea naturală înseamnă că bolnavul e contagios, asta nu se întâmplă în cazul vaccinului. Iar riscul de complicații e mult mai mare la adulți. Vaccinarea previne infectarea cu varicelă, chiar și în cazurile în care imunitatea vaccinului nu e 100%, bolnavii fac forme ușoare de varicelă.

• E posibil să te infectezi de la vaccin? De ce unele vaccine au virusuri vii, iar altele virusuri inactivate?

Vaccinurile cu viruși morți nu pot cauza boala. Vaccinurile cu virusuri atenuate pot, teoretic, să îmbolnăvească, deoarece virusul încă se poate replica (cu greu), iar mutația e posibilă, putând să producă forma virulentă a virusului. Revenirea la forma virulentă este o problemă pentru unele forme de vaccin poliomelitic oral, iar din acest motiv se folosește acum doar vaccinul cu virus inactivat.
Vaccinurile atenuate pot provoca probleme de sănătate persoanelor ce au sisteme imunitare slăbite, de aceea aceste persoane au nevoie de un alt fel de vaccin, ori apelează la imunitatea de turmă. Vorbind la modul general, vaccinurile atenuate produc o perioadă de imunitate mai lungă decât cele cu virusuri inactive. Prin urmare, vaccinurile inactive necesită doze suplimentare.

• Poate sistemul imunitar al copiilor mici să facă față la un număr mare de vaccinări?

Da. Sistemul imunitar al copiilor mici poate produce fără probleme anticorpii necesari. Imunitatea preluată de la mamă este doar temporară, și nu include imunitate contra poliomelitei, hepatitei B sau a altor boli prevenite prin vaccinare.

• De ce apare în fiecare an un nou vaccin antigripal?

Spre deosebire de majoritatea vaccinelor, care conțin tulpinile comune (care nu se schimbă) a unui patogen, vaccinul antigripal se actualizează anual deoarece virusurile gripale se modifică constant. În fiecare an, cercetătorii încearcă să anticipeze care dintre virusurile gripale va circula mai mult printre oameni. Prin urmare în fiecare an ești vaccinat contra altei tulpini decât cea de anul trecut.

• Ce este imunitatea de turmă?

Cunoscută și ca imunitate comunitară, reprezintă protecția oferită tuturor membrilor unei comunități în urma unei rate mari de vaccinare. Dacă comunitatea are suficienți membri vaccinați, boala are șanse foarte reduse de răspândire. Acest lucru oferă protecție celor care nu se pot vaccina – inclusiv nou născuții și persoanele cu boli cronice.

• De ce alergia la ouă este un motiv de nu fi vaccinat?

Unele vaccine sunt cultivate în ouă de găină. De-a lungul procesului de cultivare, este îndepărtată majoritatea proteinei din ou, dar tot există riscul ca aceste vaccine să producă reacții alergice. Majoritatea copiilor alergici la ouă nu suferă de reacții adverse, dar 5% din copii pot avea reacții alergice.

• Cauzează vaccinurile autism?

Vaccinurile nu cauzează autism. Această posibilitate a fost publicată într-o lucrare din 1998 de către un medic britanic ce pretindea că a găsit dovezi că vaccinul ROR cauzează autism. Această posibilă cauzalitate a fost explorată în detaliu de atunci și până acum, nu s-a putut demonstra niciodată acest lucru. Lucrarea inițială a fost retrasă din Lancet. Au fost făcute și studii suplimentare legate de conservantul tiomersal folosit in vaccine și posibila legătură cu autismul; nicio legătură.
Această idee a devenit populară cel mai probabil datorită faptului că perioada de vaccinare coincide cu perioada în care simptomele autismului devin vizibile.
Vaccinurile sunt corelate cu efecte negative de sănătate pe termen lung, cum ar fi scleroza multiplă, diabetul și autismul.
Toate vaccinurile au efecte secundare potențiale, dar majoritatea au forme ușoare și sunt de scurtă durată. Efectele adverse sunt monitorizate prin sisteme multiple de raportare. Încă nu există dovezi în acest sens.

• Prospectului vaccinului conține multe efecte adverse posibile. De ce este recomandată vaccinarea dacă poate cauza atâtea efecte adverse?

Orice vaccin are efecte adverse potențiale. De cele mai multe ori au forme ușoare, gen locul vaccinat e dureros, dureri de cap, febră ușoară etc. Dar pot fi efecte adverse mai grave, cum ar fi o reacție alergică severă, dar acestea apar rar. Când luăm în considerare potențialele efecte adverse ale unui vaccin, trebuie să avem contextul potrivit. Deși unele efecte adverse sunt grave, ele apar rar. E important de reținut că nevaccinarea are propriile ei efecte „adverse”.

• Sunt făcute suficiente teste de siguranță pe vaccine?

Vaccinurile sunt testate în mod repetat înainte de a fi aprobate, iar monitorizarea lor continuă ani în șir după ce intră pe piață.

• Conțin vaccinurile țesut fetal provenit din avorturi?

Nu. Vaccinul rubeolei, inclus in ROR, este cultivat pe celule umane. Dar materialul necesar vaccinului este separat de celule umane ulterior. Unele linii celulare sunt produse din țesutul fetal provenit de la avorturile legale din 1960. Nu este necesar țesut fetal nou.

• De ce nu putem eradica alte boli, așa cum am făcut cu variola?

În teorie, orice boală pentru care există vaccin ar putea fi eradicată daca există suficiente persoane vaccinate și o bună coordonare la nivel mondial. Dacă nu mai poate infecta cu succes pe nimeni, ar trebui să dispară. O excepție ar fi tetanosul, deoarece nu e contagios (eradicarea lui ar însemna eradicarea bacteriei de pe întreaga suprafață a planetei).
Dar variola este diferită față de alte boli contagioase, nu are un rezervor animal. Adică nu se poate „ascunde” într-un animal ca apoi să reinfecteze oamenii. Febra galbenă poate face asta transmițându-se de la animale la oameni prin mușcătura țânțarului.
Un alt obstacol în eradicarea bolilor infecțioase este vizibilitatea. Oamenii cu variolă erau foarte vizibili datorită simptomelor vizibile. Poliomelita nu are simptome vizibile in aproape 90% din cazuri. Iar asta îngreunează foarte tare localizarea persoanelor infectate înainte de a fi prea târziu.
Variola devine foarte contagioasă odată cu apariția erupției cutanate. De aceea carantinarea rapidă a celor cu simptome vizibile, și vaccinarea tuturor persoanelor posibil infectate permitea împiedicarea răspândirii bolii. O mare parte din bolile infecțioase nu permit astfel de proceduri. Pojarul este infecțios încă de dinaintea apariției simptomelor vizibile.
În acest moment se fac eforturi de eradicare a poliomelitei și a bolii cauzate de viermele de Guinea. Ambele au fost eliminate cu succes din zone geografice întregi, dar sunt încă endemice în alte zone.

• Are vaccinul poliomelitic vreo legătură cu SIDA?

În anii 1990, unii critici au început să acuze testarea unui vaccin poliomelitic în Africa, în perioada 1950, că ar fi declanșat epidemia de SIDA. Argumentul era că au fost folosite celule de cimpanzeu în producția vaccinului, iar acele celule erau contaminate cu un virus ce afectează uneori cimpanzeii, SIV (simian immunodeficiency virus), care ulterior, prin mutație, a devenit HIV. Acuzațiile au fost false dintr-o mulțime de motive. Cel mai bun argument era faptul că vaccinul nu a fost produs cu celule de cimpanzei, ci de maimuță. Vaccinul a fost testat pentru ADN viral, și nu conținea SIV sau HIV.
Cercetătorii de la Universitatea din Birmingham, Alabama au demonstrat în 2006, că deși HIV este derivat din SIV, cimpanzeii din Camerun infectați cu SIV în 1930, sunt cea mai probabilă sursă a infecției cu HIV, cu zeci de ani înaintea testării vaccinului poliomelitic în Africa.

• Are vaccinul poliomelitic vreo legătură cu cancerul?

Vaccinurile poliomelitice create de Jonas Salk și Albert Sabin erau produse cu celule de maimuță. Mai târziu, microbiologul Maurice Hilleman a descoperit un virus de maimuță în ambele vaccine (cel de al 40-lea virus simian descoperit, Simian Virus 40, SV40. Vaccinul tratat cu formaldehidă a lui Salk conținea cantități foarte mici de virus, vaccinul lui Sabin era extrem de contaminat. Îngrijorat de potențialele efecte ale acestui virus, Hilleman l-a injectat în hamsteri, descoperind ca aproape toate animalele injectate au dezvoltat tumori canceroase. Dar panica inițială a fost îndepărtată de studiile ulterioare.
Hamsterii care au ingerat SV40, în loc de a fi injectați, nu s-au îmbolnăvit de cancer. Vaccinul lui Sabin era administrat oral. Studiile ulterioare au demonstrat că copiii care au primit vaccinul oral nu aveau anticorpi SV40, virusul trecea prin tractul digestiv fără a provoca infecția.
Vaccinul lui Salk, deși conținea cantități minuscule de virus, era injectat. Studiile făcute de-a lungul a 8 ani, 15 ani și 30 de ani, după administrarea vaccinelor contaminate, au arătat că incidența apariției cancerului era aproape identică cu cea a grupurilor nevaccinate. Nu există nicio dovadă credibilă care să indice că SV40 a cauzat vreodată cancer la persoanele vaccinate.

Surse:

https://www.newsweek.com/history-anti-vaxxers-vaccination-1358403

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/history-anti-vaccination-movements

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/ethical-issues-and-vaccines

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/scientific-method-vaccine-history

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/misconceptions-about-vaccines

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/top-20-questions-about-vaccination

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/vaccine-development-testing-and-regulation

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/misconceptions-about-vaccines

https://www.historyofvaccines.org/content/articles/why-vaccinate

Articolul Scurt istoric al antivaxxerilor apare prima dată în Descoperă.