Articles

Kuinka Monta Atomia Meillä On Yhteistä?

jokaisen meistä sisällä ovat elimemme, solumme, molekyylimme ja atomimme. PIENIMMÄLLÄ asteikolla… on enemmän kuin 10^28 subatomisia hiukkasia kehomme, valtava määrä. Jos kysymme, kuinka moni heistä on jossain vaiheessa ollut toisen ihmisen kehossa, saamme hälyttävän suuren vastauksen.

Getty

kun syöt ruokaa, juot nesteitä tai jopa hengität ilmaa, monet noista atomeista päätyvät osaksi kehoasi. Kun hikoilet, hengität ulos ja joko erität tai erität ainetta ruumiistasi, nuo atomit menevät takaisin maan biosfääriin, jossa ne voivat lopulta päätyä toisten ihmisten ruumiisiin. Täällä maassa kaikki on yhteydessä toisiinsa.

mutta kuinka yhteydessä olemme? Erityisesti, kuinka monta kehomme atomeista oli jossain vaiheessa toisen ihmisen ruumiissa? Onko meillä yhteisiä atomeja kaikkien nykyään elävien kanssa? Kaikkien eläneiden kanssa? Kuningas Tutin, Kleopatran, Julius Caesarin, George Washingtonin jne.? Vastaus on kiehtova: meillä jokaisella ei ole ainoastaan satoja miljardeja atomeja, jotka olivat kerran kaikkien muiden ruumiissa, vaan meillä on noin 1 atomi kehossamme jokaisesta hengenvedosta, jonka jokainen ihminen on koskaan ottanut. Näin me tiedämme.

ihmisruumis, kuten sitä perinteisesti ajatellaan, koostuu soluista koostuvista elimistä. Mutta… vielä pienemmällä tasolla kaikki sisällämme koostuu atomeista: niitä on valtava määrä niiden valtavan pienen koon vuoksi.

user Publicomainpictures

aloitetaan tarkastelemalla, mikä ihmiskeho todellisuudessa on. Saatat ajatella olevasi kokoelma makroskooppisia elimiäsi ja niitä muodostavia soluja. Että olet vain luita, lihaksia, ihoa ja muita elimiä sisälläsi. Se muodostaa vain 4% kehon soluista. Loput 96% jakaantuvat suunnilleen tasan verisolujen ja elimistössä elävien bakteerisolujen kesken.

verisolut (enimmäkseen punasolut) elävät vain noin 4 kuukautta kappaleelta, jolloin ne hajoavat, niiden aineosat erittyvät ja korvautuvat uusilla luuytimeen syntyneillä soluilla. Bakteerit elävät kaikkialla, missä voivat: jokaisella ihon neliösenttimetrillä on noin miljoona bakteerisolua, ja ruoansulatuskanavassa elää kymmeniä biljoonia bakteerisoluja.

alkuaineet ihmiskehossa. Vaikka, massa, olemme enimmäkseen happea, hiiltä, typpeä ja vetyä,… ihmiskehossa on kymmeniä elämän prosesseille välttämättömiä elementtejä. Tyypillisessä aikuisen ihmisen kehossa on yli 10^28 protonia.

Openstax college, anatomia & Physiology, Connexions Web-sivusto

atomien osalta nämä solut koostuvat ylivoimaisesti vain muutamasta alkuaineesta. Painosta ihmisen elimistö on:

  • 65% happea,
  • 18,5% hiiltä,
  • 9,5% vetyä,
  • 3,2% typpeä,

ja noin 4% kaikkea muuta yhteensä. Siihen kuuluvat luustosi kalsium, ATP-molekyyleille elintärkeä fosfori, natrium ja kalium, jotka ovat avainasemassa elimistön hermosolujesi säätelyssä, sekä rikki, kloori ja magnesium, joilla on keskeinen rooli kehossasi.

mutta vaikka puhutaan vain neljästä yleisimmästä alkuaineesta, puhutaan huomattavan suurista atomimääristä. Ihminen, kun laskee kaiken sisällämme olevan, on itse asiassa hämmästyttävän suuri kokoelma atomeja: ruumiissa on enemmän atomeja kuin tähtiä koko maailmankaikkeudessa.

erilaiset pitkän valotuksen kampanjat, kuten tässä esitetty Hubble eXtreme Deep Field (XDF), ovat paljastaneet… tuhansia galakseja maailmankaikkeuden tilavuudessa, joka edustaa miljoonasosan murto-osaa taivaasta. Kaiken kaikkiaan arvioimme, että havaittavassa maailmankaikkeudessa on noin 2 biljoonaa galaksia, mutta vaikka niillä olisi biljoona tähteä kussakin (korkea arvio), olisi kehossamme enemmän atomeja kuin tähtiä maailmankaikkeudessa.

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

kun vuosi kuluu, saatat yllättyä huomatessasi, että yli 90% elimistössäsi olleista atomeista ei ole enää olemassa. Solut hajoavat, kulkeutuvat verenkiertoon, suodattuvat maksaan ja munuaisiin, ja niiden sisällöstä erittyy suuria osia. Sillä välin nielet ja hengität koko ajan uusia atomeja, joissa kehosi kokoaa ne uusiksi molekyyleiksi ja soluiksi. Tiettynä hetkenä elimistössäsi on noin (keskikokoiselle ihmiselle):

  • 4 × 1027 vetyatomia,
  • 2 × 1027 happiatomia,
  • 3 × 1026 hiiliatomia ja
  • 8 × 1025 typpiatomia.

nämä ovat tähtitieteellisestikin mitattuna valtavia lukuja. Silti on kysyttävä, mistä ne tulevat.

ne elementit, jotka muodostavat ihmisruumiin ja ovat elämän kannalta olennaisimpia, vievät mukanaan monenlaista… sijainnit jaksollisessa järjestelmässä, mutta kaikki voi syntyä muutaman erityyppisen tähden prosesseista maailmankaikkeudessa.

Ed Uthman, M. D., via http://web2.airmail.net/uthman/ (L); Wikimedia Commons user Zhaocarol (R), kohtaan c.a.-s. A.-3.0.

lähes kaikki kehomme happi ja vety ovat peräisin juomavedestä ja hengitysilmasta. Samaan aikaan suurin osa ruumiissamme olevasta hiilestä ja typestä tulee ruoasta, jota syömme. Tällä on merkitystä: veden ja ilman on helpompi kiertää ympäri planeettaa ja sekoittua hyvin ja perusteellisesti. Olettaen, että atomeja ei ole luotu eikä tuhottu — todella hyvä likiarvo todellisuudesta — jokin murto-osa ilman atomeista, joita hengität, on ollut joskus jonkun toisen keuhkoissa kautta historian, oli se sitten Hitler, Caesar, Ramses tai Otzi Jäämies.

kun otetaan huomioon, että vety ja Happi muodostavat suurimman määrän atomeja ruumiissasi ja että ilmakehä ja maan vetiset kappaleet ovat siellä, missä nuo atomit sijaitsevat, tämä antaa meille menetelmän lähestyä ongelmaa: ottamalla huomioon atomien lukumäärä ilmakehässä ja koko maan vedessä.

kuiva maa, verrattuna kaikkiin maapallon meriin (suuri sininen piste), kaikkiin maapallon makeaan veteen… (medium blue dot), ja kaikki maapallon joet ja järvet (small blue dot), joista viimeinen on sama suhteellinen massa/koko maan ilmakehässä.

Howard Perlman, USGS/illustraion by Jack Cook, WHOI

maa on massiivinen paikka, jossa on valtava määrä atomeja, mutta suurin osa niistä atomeista on planeettamme sisäosissa. Sen Uloin osa-planeettamme biosfääri-on ainoa komponentti, josta välitämme, kun on kyse atomeista, joiden kanssa Olemme säännöllisesti vuorovaikutuksessa. Kaiken kaikkiaan kaikkien maapallon vesimuodostumien summa, mukaan lukien järvet, valtameret, joet, meret, jäätiköt, jäätiköt jne., tarkoittaa noin 0,02% planeetan massasta: 1,35 × 1021 kg. Koko ilmakehä puolestaan on noin 1-osa-miljoonasta koko planeetasta: 5,15 × 1018 kg.

kun teemme matematiikkaa näiden muuttamiseksi atomeiksi, saadaan näin:

  • 4,1 × 1040 happiatomia (ilmakehä),
  • 4.5 × 1043 happiatomia (vesi) ja
  • 9,0 × 1043 vetyatomia (vesi).

nämä ovat valtavia määriä, varsinkin verrattuna atomien määrään ihmiskehossa. Mutta ne eivät ole tarpeeksi isoja.

pidimmepä naamiota tai emme, hengitämme silti saman määrän atomeja kehoihimme… jokainen hengenvetomme, ja niillä atomeilla on sama todennäköisyys kuin niillä on aina ollut, – kun ne ovat olleet jonkun toisen sisällä. (Jaap Arriens/NurPhoto via Getty Images)

Getty

jos ottaisit kaikki kehosi atomit ja antaisit niiden palata maan luonnolliseen ympäristöön, ja sekoittaisit sitten perusteellisesti kaiken maan ilman ja veden, tajuaisit pari vaikuttavaa tosiasiaa.

  1. yksi jokaisesta 21 kvadriljoonasta vetyatomista (2,1 × 1016 atomia) tulee elimistöstäsi.
  2. yksi jokaisesta 26 kvadriljoonasta happiatomista (2,6 × 1016 atomia) tulee elimistöstäsi.

ja tämä pätee keskimäärin jokaisen kehoon, kun miettii niitä atomeja, joista ne vuosi sitten syntyivät.

mutta muistakaa: tyypillisessä ihmisruumiissa on 4 × 1027 vetyatomia ja 2 × 1027 happiatomia! Jos jokainen meistä kerää atomeja satunnaisesti, se tarkoittaa yhä, että jokaisella meistä on keskimäärin satoja miljardeja atomeja, jotka olivat vuosi sitten jokaisen toisen ihmisen sisällä maapallolla. Satoja miljardeja atomeja on kehossasi paitsi minulta ja kaikilta muiltakin maapallolla, myös miljoonia vuosia sitten eläneiltä dinosauruksilta.

kuvassa on Sue the T-Rexin jäännöksen luuranko, joka on esillä Field Museumissa Chicagossa…. Suen sisällä on noin pari biljoonaa atomia, jotka muodostavat kehosi tänään.

Dallas Krentzel/Flickr

Tämä on mahdollista vain siksi, että atomit ovat niin pieniä ja niitä on niin paljon jokaisen sisällä. Jos atomit olisivat suurempia ja massiivisempia, ja meitä olisi vähemmän, tämä olisi paljon vaikeampi ehdotus. Mutta totuus on, että meidät on tehty äärimmäisen pienistä rakennuspalikoista, ja niitä on jokaisessa meissä enemmän kuin maassa on kiloja, tähtiä havaittavassa maailmankaikkeudessa tai hiekanjyviä koko aurinkokunnassa.

itse asiassa juuri nyt, jos hengität syvään ja hengität ulos, vuoden kuluessa suunnilleen yksi atomi tuosta hengityksestä päätyy joka toisen ihmisen keuhkoihin minä hetkenä hyvänsä. Toisin sanoen, sinulla on luultavasti yksi atomi Caesarin viimeisestä henkäyksestä keuhkoissasi juuri nyt.

jokainen ihmisen hengitys sisältää noin 10^19 atomia, mikä tarkoittaa, että jopa meidän hyvin sekoittuneessa… ilmakehä, sinulla on luultavasti noin 1 atomi, joka oli jossain vaiheessa osa mitään hengenvetoon koskaan hengittänyt ihmiskunnan historiassa.

Sasha Karbaltsev / flickr

elimistömme saattaa näyttää pysyvän suunnilleen samana vuodesta toiseen, mutta tosiasia on, että me itse asiassa poistamme atomeja sisällämme koko ajan:

  • se hiili, jota hengitämme hiilidioksidina, on hiiltä, joka muodostaa kehomme,
  • vesi, jota eritämme virtsatessamme, on vetyä ja happea ruumiistamme,
  • ja myös muut alkuaineet hien, virtsan ja kiinteän jätteen yhdistelmänä poistuvat ruumiistamme säännöllisesti.

samaan aikaan hengitämme ilmaa, juomme vettä ja syömme kasveja ja eläimiä, ja se tuo kehoomme uusia atomeja niiden tilalle, joita menetämme jatkuvasti. Planeetta Maa on suurin piirtein suljettu järjestelmä biosfäärimme atomien suhteen, mikä tarkoittaa sitä, että jos asioiden sekoittumiselle on riittävästi aikaa, nämä pienet, mikroskooppiset osat maailmastamme leviävät vääjäämättä sinne, minne vesi ja ilma pääsevät.

makroskooppisista asteikoista aina subatomisiin asti perushiukkasten koot soivat vain a… pieni rooli määritettäessä koot komposiittirakenteiden. Vielä ei tiedetä, ovatko rakennuspalikat todella perustavanlaatuisia ja/tai pistemäisiä hiukkasia, mutta ymmärrämme maailmankaikkeutta suurista, kosmisista asteikoista aina pieniin, subatomisiin hiukkasiin asti. Jokaisessa ihmisruumiissa on yhteensä lähes 10^28 atomia.

Magdalena Kowalska / CERN/ISOLDE team

joka kerta kun hengität sisään, hengität atomeja ilmaa, jotka olivat kerran toisen ihmisen sisällä. Joka kerta, kun juodaan vettä, juodaan vettä, joka oli kerran toisen ihmisen sisällä. Jokainen syömäsi ruoka koostuu atomeista, jotka olivat toisen ihmisen sisällä. Meillä kaikilla on sama planeetta, sama biosfääri ja — perustasolla — jopa samat atomit.

atomitasolla olemme kaikki uskomattoman syvästi yhteydessä. Ruumiisi sisällä, juuri nyt, on satoja miljardeja atomeja, jotka olivat kerran ihmisten sisällä maan päällä. Läpi sukupolvien ja aeons, ne samat atomit edelleen muodostavat kaiken: dinosaurusten, kasvien, trilobiittien ja jopa yksisoluisten eliöiden atomit, jotka kerran hallitsivat planeettaamme, ovat nyt sisälläsi.

nyt on sinun vuorosi. Ota siitä kaikki irti.