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Wie viele Atome haben wir miteinander gemeinsam?

In jedem von uns befinden sich unsere Organe, Zellen, Moleküle und Atome. Auf den kleinsten Skalen von allen, dort… es gibt mehr als 10 ^ 28 subatomare Teilchen in unserem Körper, eine enorme Anzahl. Wenn wir die Frage stellen, wie viele von ihnen sich irgendwann im Körper einer anderen Person befunden haben, erhalten wir eine alarmierend große Antwort.

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Wenn Sie essen, Flüssigkeiten trinken oder sogar die Luft einatmen, werden viele dieser Atome in Ihren Körper eingebaut. Wenn Sie schwitzen, ausatmen und entweder Materie aus Ihrem Körper absondern oder ausscheiden, gehen diese Atome zurück in die Biosphäre der Erde, wo sie schließlich in den Körper anderer Menschen aufgenommen werden können. Hier auf der Erde ist alles miteinander verbunden.

Aber wie verbunden sind wir? Insbesondere, wie viele der Atome in unserem Körper waren irgendwann im Körper eines anderen Menschen? Haben wir Atome gemeinsam mit allen heute Lebenden? Mit jedem, der jemals gelebt hat? Mit König Tut, Kleopatra, Julius Caesar, George Washington usw.? Die Antwort ist faszinierend: wir haben nicht nur Hunderte von Milliarden von Atomen, die einmal in den Körpern aller anderen waren, sondern wir haben ungefähr 1 Atom in unserem Körper von jedem Atemzug, den jeder Mensch jemals genommen hat. Hier ist, wie wir wissen.

Der menschliche Körper, wie wir ihn uns herkömmlicherweise vorstellen, besteht aus Organen, die aus Zellen bestehen. Aber… auf einer noch kleineren Ebene besteht alles in uns aus Atomen: eine enorme Anzahl von ihnen aufgrund ihrer überwältigend geringen Größe.

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Beginnen wir mit einem Blick auf den menschlichen Körper. Sie könnten sich als eine Sammlung Ihrer makroskopischen Organe und der Zellen betrachten, aus denen sie bestehen. Dass du nichts als Knochen, Muskeln, Haut und die anderen Organe in dir bist. Aber aus zellulärer Sicht macht das nur 4% der Zellen in Ihrem Körper aus. Die anderen 96% werden ungefähr gleichmäßig zwischen Ihren Blutzellen und Bakterienzellen aufgeteilt, die auf und in Ihrem Körper leben.Die Blutzellen (meistens rote Blutkörperchen) leben nur etwa 4 Monate pro Stück, an welchem Punkt sie abgebaut werden, ihre Bestandteile ausgeschieden werden und durch neue Zellen ersetzt werden, die in Ihrem Knochenmark entstanden sind. Bakterien leben überall, wo sie können: Es gibt ungefähr eine Million Bakterienzellen auf jedem Quadratzentimeter Ihrer Haut und Dutzende Billionen Bakterienzellen, die in Ihrem Verdauungstrakt gedeihen.

Die Elemente im menschlichen Körper. Während, durch Masse, wir sind meist Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff,… es gibt Dutzende von Elementen, die für Lebensprozesse im menschlichen Körper essentiell sind. Es gibt mehr als 10 ^ 28 Protonen, die einen typischen erwachsenen menschlichen Körper bilden.

Openstax college, Anatomy & Physiology, Connexions Web site

In Bezug auf Atome bestehen diese Zellen überwiegend aus nur wenigen Elementen. Nach Gewicht ist der menschliche Körper:

  • 65% Sauerstoff,
  • 18,5% Kohlenstoff,
  • 9,5% Wasserstoff,
  • 3,2% Stickstoff,

und etwa 4% alles andere kombiniert. Dazu gehören das Kalzium in Ihren Knochen, der Phosphor, der für diese ATP-Moleküle entscheidend ist, das Natrium und Kalium, die für die Regulierung der Neuronen Ihres Körpers von entscheidender Bedeutung sind, und der Schwefel, das Chlor und das Magnesium, die eine Schlüsselrolle in Ihrem Körper spielen.

Aber selbst wenn wir nur über die vier häufigsten Elemente sprechen, sprechen wir über eine bemerkenswert große Anzahl von Atomen. Wenn Sie alles in uns aufzählen, ist ein Mensch tatsächlich eine erstaunlich große Ansammlung von Atomen: Es gibt mehr Atome in Ihrem Körper als Sterne im gesamten Universum.

Verschiedene Langzeitbelichtungskampagnen, wie das hier gezeigte Hubble eXtreme Deep Field (XDF), haben ergeben… tausende von Galaxien in einem Volumen des Universums, das einen Bruchteil eines Millionstels des Himmels darstellt. Alles in allem schätzen wir, dass es ungefähr 2 Billionen Galaxien im beobachtbaren Universum gibt, aber selbst wenn sie jeweils eine Billion Sterne hätten (eine hohe Schätzung), gäbe es mehr Atome in unseren Körpern als Sterne im Universum.

NASA, ESA, H. Teplitz und M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) und Z. Levay (STScI)

Mit jedem Jahr, das vergeht, werden Sie überrascht sein zu erfahren, dass mehr als 90% der Atome, die in Ihrem Körper waren, nicht mehr da sind. Zellen werden abgebaut, in Ihren Blutkreislauf aufgenommen, von Leber und Nieren gefiltert und große Teile ihres Inhalts werden ausgeschieden. Währenddessen nimmst du ständig neue Atome auf und atmest sie ein, wo dein Körper sie zu neuen Molekülen und Zellen zusammensetzt. Zu jedem Zeitpunkt enthält Ihr Körper ungefähr (für einen durchschnittlich großen Menschen):

  • 4 × 1027 Wasserstoffatome,
  • 2 × 1027 Sauerstoffatome,
  • 3 × 1026 Kohlenstoffatome und
  • 8 × 1025 Stickstoffatome.

Dies sind enorme Zahlen, selbst für astronomische Verhältnisse. Und doch müssen wir fragen, woher sie kommen.

Die Elemente, aus denen der menschliche Körper besteht und die für das Leben am wichtigsten sind, nehmen eine Vielzahl von… orte auf dem Periodensystem, aber alle können durch die Prozesse einiger verschiedener Arten von Sternen im Universum erzeugt werden.

Ed Uthman, M.D., über http://web2.airmail.net/uthman/ (L); Wikimedia Commons Benutzer Zhaocarol (R), unter c.c.a.-s.a.-3.0.

Fast der gesamte Sauerstoff und Wasserstoff in unserem Körper stammt aus Trinkwasser und Atemluft. Inzwischen stammt der größte Teil des Kohlenstoffs und Stickstoffs in unserem Körper aus der Nahrung, die wir essen. Das macht einen Unterschied: Es ist einfacher für Wasser und Luft, auf dem ganzen Planeten zu zirkulieren und sich gut und gründlich zu vermischen. Angenommen, Atome werden weder erschaffen noch zerstört — eine wirklich gute Annäherung an die Realität —, befand sich ein Bruchteil der Luftatome, die Sie einatmen, im Laufe der Geschichte einmal in der Lunge eines anderen, sei es Hitler, Caesar, Ramses oder Otzi der Iceman.Angesichts der Tatsache, dass Wasserstoff und Sauerstoff die größte Anzahl von Atomen in Ihrem Körper umfassen und dass sich die Atmosphäre und die wässrigen Körper der Erde dort befinden, wo sich diese Atome befinden, gibt uns dies eine Methode, um das Problem anzugehen: indem wir die Anzahl der Atome in der Atmosphäre und im gesamten Wasser der Erde berücksichtigen.

Die trockene Erde, verglichen mit allen Ozeanen der Erde (großer blauer Punkt), das gesamte Süßwasser auf der Erde… (mittlerer blauer Punkt) und alle Flüsse und Seen auf der Erde (kleiner blauer Punkt), von denen der letzte die gleiche relative Masse / Größe der Erdatmosphäre hat.

Howard Perlman, USGS/illustration von Jack Cook, WHOI

Die Erde ist ein massiver Ort mit einer enormen Anzahl von Atomen, aber die meisten dieser Atome befinden sich im Inneren unseres Planeten. Der äußere Teil davon — die Biosphäre unseres Planeten – ist die einzige Komponente, die uns wichtig ist, wenn es um die Atome geht, mit denen wir regelmäßig interagieren. Insgesamt die gesamte Summe aller Wasserkörper auf der Erde, einschließlich Seen, Ozeane, Flüsse, Meere, Eiskappen, Gletscher usw., entspricht etwa 0, 02% der Masse des Planeten: 1, 35 × 1021 kg. Die gesamte Atmosphäre ist inzwischen etwa 1-Teil-in-a-Million des gesamten Planeten: 5,15 × 1018 kg.

Wenn wir rechnen, um diese in Atome umzuwandeln, erhalten wir Folgendes:

  • 4,1 × 1040 Sauerstoffatome (Atmosphäre),
  • 4.5 × 1043 Sauerstoffatome (Wasser) und
  • 9,0 × 1043 Wasserstoffatome (Wasser).

Dies sind enorme Zahlen, insbesondere im Vergleich zur Anzahl der Atome in einem menschlichen Körper. Aber sie sind nicht groß genug.

Ob wir eine Maske tragen oder nicht, wir inhalieren immer noch die gleiche Anzahl von Atomen in unseren Körper mit… jeder Atemzug, den wir nehmen, und diese Atome haben die gleiche Wahrscheinlichkeit wie immer, einmal in jemand anderem gewesen zu sein. (Jaap Arriens / NurPhoto via Getty Images)

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Wenn Sie alle Atome in Ihrem Körper nehmen und sie in die natürliche Umgebung der Erde zurückkehren lassen und dann die gesamte Luft und das Wasser auf der Erde gründlich mischen würden, würden Sie ein paar spektakuläre Fakten erkennen.

  1. Eines von 21 Billiarden Wasserstoffatomen (2,1 × 1016 Atomen) stammt aus Ihrem Körper.
  2. Eines von 26 Billiarden Sauerstoffatomen (2,6 × 1016 Atomen) stammt aus Ihrem Körper.

Und das gilt im Durchschnitt für jeden Körper, wenn man die Atome betrachtet, aus denen sie vor einem Jahr bestanden haben.

Aber denken Sie daran: Der typische menschliche Körper hat 4 × 1027 Wasserstoffatome und 2 × 1027 Sauerstoffatome! Wenn jeder von uns zufällig Atome ansammelt, bedeutet das immer noch, dass jeder von uns im Durchschnitt Hunderte von Milliarden Atome hat, die sich vor einem Jahr in jedem anderen Menschen auf der Erde befanden. Hunderte Milliarden Atome befinden sich in Ihrem Körper, nicht nur von mir und allen anderen auf der Erde, sondern auch von Dinosauriern, die vor Millionen von Jahren lebten.

Dieses Bild zeigt das Restskelett von Sue, dem T-Rex, das im Field Museum in Chicago ausgestellt ist…. Es gibt ungefähr ein paar Billionen Atome, die einst in uns waren und die heute Ihren Körper ausmachen.

Dallas Krentzel / Flickr

Nur weil Atome so klein sind und es so viele von ihnen in jedem von uns gibt, ist dies möglich. Wenn Atome größer und massereicher wären und wir aus weniger von ihnen bestehen würden, wäre dies ein viel schwierigerer Vorschlag. Aber die Realität ist, dass wir aus extrem winzigen Bausteinen bestehen, und es gibt mehr von ihnen in jedem von uns als Kilogramm auf der Erde, Sterne im beobachtbaren Universum oder Sandkörner im gesamten Sonnensystem.In der Tat, gerade jetzt, wenn du tief einatmest und dann ausatmest, wenn ein Jahr vergeht, wird ungefähr ein Atom aus diesem Atemzug in jeder anderen Person auf der Erde enden Lungen zu jedem Zeitpunkt. Mit anderen Worten, Sie haben wahrscheinlich ungefähr ein Atom von Caesars letztem Atemzug in Ihrer Lunge.

Jeder menschliche Atem enthält ungefähr 10 ^ 19 Atome, was bedeutet, dass selbst in unserem gut gemischten… atmosphäre, Sie haben wahrscheinlich herum 1 Atom, das zu einem bestimmten Zeitpunkt Teil eines Atems war, der jemals in der Geschichte der Menschheit geatmet wurde.

Sasha Kargaltsev / flickr

Unsere Körper scheinen von Jahr zu Jahr ungefähr gleich zu bleiben, aber Tatsache ist, dass wir tatsächlich die Atome in uns ausstoßen die ganze Zeit:

  • Der Kohlenstoff, den wir in Kohlendioxid ausatmen, ist der Kohlenstoff, aus dem unser Körper besteht,
  • Das Wasser, das wir beim Urinieren ausscheiden, ist der Wasserstoff und Sauerstoff aus unserem Körper,
  • und die anderen Elemente, in einer Kombination aus Schweiß, Urin und festen Abfällen, verlassen auch regelmäßig unseren Körper.

Inzwischen atmen wir Luft, trinken Wasser und essen Pflanzen und Tiere, und das bringt neue Atome in unseren Körper, um die zu ersetzen, die wir ständig verlieren. Der Planet Erde ist ein grob geschlossenes System, was die Atome in unserer Biosphäre betrifft, was bedeutet, dass sich diese winzigen, mikroskopisch kleinen Komponenten unserer Welt bei ausreichender Vermischung der Dinge unweigerlich überall dort ausbreiten werden, wo Wasser und Luft eindringen dürfen.

Von makroskopischen Skalen bis hin zu subatomaren spielen die Größen der fundamentalen Teilchen nur eine Rolle… kleine Rolle bei der Bestimmung der Größen von Verbundstrukturen. Ob die Bausteine wirklich fundamentale und / oder punktförmige Teilchen sind, ist noch nicht bekannt, aber wir verstehen das Universum von großen, kosmischen Skalen bis hin zu winzigen, subatomaren. Es gibt fast 10 ^ 28 Atome, aus denen jeder menschliche Körper besteht.

Magdalena Kowalska / CERN / ISOLDE team

Jedes Mal, wenn Sie einatmen, atmen Sie Luftatome ein, die sich einst in einem anderen Menschen befanden. Jedes Mal, wenn du einen Schluck Wasser nimmst, trinkst du Wasser, das einmal in einem anderen Menschen war. Und jeder Bissen von Nahrung, die Sie nehmen, besteht aus Atomen, die in einer anderen Person waren. Wir alle teilen den gleichen Planeten, die gleiche Biosphäre und — auf einer fundamentalen Ebene — sogar die gleichen Atome.

Auf atomarer Ebene sind wir alle unglaublich tief miteinander verbunden. In deinem Körper befinden sich gerade Hunderte von Milliarden von Atomen, die einst in jedem anderen Menschen auf der Erde waren. Im Laufe der Generationen und Äonen bilden dieselben Atome weiterhin alles: die Atome der Dinosaurier, der Pflanzen, der Trilobiten und sogar der einzelligen Organismen, die einst unseren Planeten beherrschten, sind jetzt in dir.

Jetzt bist du dran. Machen Sie das Beste daraus.