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Combien D’Atomes Avons-Nous En Commun Les Uns Avec Les Autres ?

À l’intérieur de chacun de nous se trouvent nos organes, nos cellules, nos molécules et nos atomes. Sur la plus petite échelle de toutes, là… sont plus de 10^ 28 particules subatomiques dans notre corps, un nombre énorme. Si nous posons les questions de combien d’entre eux se sont trouvés dans le corps d’une autre personne à un moment donné, nous obtenons une réponse alarmante.

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Lorsque vous mangez de la nourriture, buvez des liquides ou même respirez l’air, beaucoup de ces atomes finissent par être incorporés à votre corps. Lorsque vous transpirez, expirez et sécrétez ou excrétez de la matière de votre corps, ces atomes retournent dans la biosphère terrestre, où ils peuvent éventuellement être incorporés dans le corps des autres. Ici sur Terre, tout est connecté.

Mais à quel point sommes-nous connectés? En particulier, combien d’atomes dans notre corps étaient dans le corps d’un autre humain à un moment donné? Partageons-nous des atomes en commun avec tous les vivants aujourd’hui? Avec tous ceux qui ont déjà vécu? Avec le roi Tut, Cléopâtre, Jules César, George Washington, etc.? La réponse est fascinante: non seulement nous avons chacun des centaines de milliards d’atomes qui étaient autrefois dans le corps de tous les autres, mais nous avons environ 1 atome dans notre corps de chaque respiration que chaque humain a jamais prise. Voici comment nous savons.

Le corps humain, tel que nous le pensons classiquement, est composé d’organes constitués de cellules. Mais… à un niveau encore plus petit, tout en nous est composé d’atomes: un nombre énorme d’entre eux en raison de leur taille extrêmement minuscule.

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Commençons par regarder ce qu’est réellement le corps humain. Vous pourriez vous considérer comme une collection de vos organes macroscopiques et des cellules qui les composent. Que vous n’êtes rien d’autre que des os, des muscles, de la peau et les autres organes à l’intérieur de vous. Mais d’un point de vue cellulaire, cela ne représente que 4% des cellules de votre corps. Les 96% restants sont répartis, à peu près uniformément, entre vos cellules sanguines et les cellules bactériennes qui vivent sur et dans votre corps.

Les cellules sanguines (principalement les globules rouges) ne vivent que pendant environ 4 mois chacune, à quel point elles sont décomposées, leurs composants sont excrétés et remplacés par de nouvelles cellules créées dans votre moelle osseuse. Les bactéries vivent partout où elles peuvent: il y a environ un million de cellules bactériennes sur chaque pouce carré de votre peau, et des dizaines de milliards de cellules bactériennes prospèrent dans votre tube digestif.

Les éléments du corps humain. Alors que, en masse, nous sommes principalement de l’Oxygène, du Carbone, de l’Azote et de l’Hydrogène,… il existe des dizaines d’éléments essentiels aux processus de la vie dans le corps humain. Il y a plus de 10 ^ 28 protons composant un corps humain adulte typique.

Openstax college, Anatomie &Physiologie, Site Web Connexions

En termes d’atomes, ces cellules sont majoritairement constituées de quelques éléments. En poids, le corps humain est:

  • 65% d’oxygène,
  • 18,5% de carbone,
  • 9,5% d’hydrogène,
  • 3,2% d’azote,

et environ 4% de tout le reste combiné. Cela inclut le calcium dans vos os, le phosphore essentiel à ces molécules d’ATP, le sodium et le potassium qui sont essentiels à la régulation des neurones de votre corps, et le soufre, le chlore et le magnésium qui jouent un rôle clé dans votre corps.

Mais même si nous ne parlons que des quatre éléments les plus courants, nous parlons d’un nombre remarquablement grand d’atomes. Un être humain, lorsque vous comptez tout ce qui est en nous, est en fait une collection incroyablement grande d’atomes: il y a plus d’atomes dans votre corps qu’il n’y a d’étoiles dans l’Univers entier.

Diverses campagnes de longue exposition, comme le champ extrême profond de Hubble (XDF) montré ici, ont révélé… des milliers de galaxies dans un volume de l’Univers qui représente une fraction du millionième du ciel. En tout, nous estimons qu’il y a environ 2 billions de galaxies dans l’Univers observable, mais même si elles avaient chacune un billion d’étoiles (une estimation haute), il y aurait plus d’atomes dans notre corps que d’étoiles dans l’Univers.

NASA, ESA, H. Teplitz et M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Université d’État de l’Arizona) et Z. Levay (STScI)

Avec chaque année qui passe, en fait, vous pourriez être surpris d’apprendre que plus de 90% des atomes qui étaient dans votre corps ne sont plus là. Les cellules sont décomposées, prises dans votre circulation sanguine, filtrées par votre foie et vos reins, et de gros composants de leur contenu sont excrétés. Pendant ce temps, vous ingérez et respirez de nouveaux atomes tout le temps, où votre corps les assemble en nouvelles molécules et cellules. À un moment donné dans le temps, votre corps contient environ (pour un humain de taille moyenne):

  • 4 × 1027 atomes d’hydrogène,
  • 2 × 1027 atomes d’oxygène,
  • 3 × 1026 atomes de carbone et
  • 8 × 1025 atomes d’azote.

Ce sont des nombres énormes, même selon les normes astronomiques. Et pourtant, nous devons nous demander d’où ils viennent.

Les éléments qui composent le corps humain et sont les plus essentiels à la vie en occupent une variété… emplacements sur le tableau périodique, mais tous peuvent être générés par les processus de quelques différents types d’étoiles dans l’Univers.

Ed Uthman, MD, via http://web2.airmail.net/uthman/(L); Utilisateur de Wikimedia Commons Zhaocarol(R), sous c.c.a.-s.a. -3.0.

Presque tout l’oxygène et l’hydrogène de notre corps proviennent de l’eau potable et de l’air respirable. Pendant ce temps, la majeure partie du carbone et de l’azote dans notre corps provient de la nourriture que nous mangeons. Cela fait une différence: il est plus facile pour l’eau et l’air de circuler sur toute la planète et de bien se mélanger. En supposant que les atomes ne sont ni créés ni détruits — une très bonne approximation de la réalité — une fraction des atomes d’air que vous respirez était autrefois dans les poumons de quelqu’un d’autre à travers l’histoire, que ce soit Hitler, César, Ramsès ou Otzi l’Homme de Glace.

Étant donné que l’hydrogène et l’oxygène constituent le plus grand nombre d’atomes dans votre corps, et que l’atmosphère et les corps aqueux de la Terre sont l’endroit où ces atomes résident, cela nous donne une méthode pour aborder le problème: en considérant le nombre d’atomes dans l’atmosphère et dans toute l’eau de la Terre.

La Terre sèche, par rapport à tous les océans de la Terre (grand point bleu), toute l’eau douce sur Terre… (point bleu moyen), et toutes les rivières et lacs de la Terre (petit point bleu), dont le dernier est la même masse / taille relative de l’atmosphère terrestre.

Howard Perlman, USGS / illustration de Jack Cook, WHOI

La Terre est un endroit massif avec un nombre énorme d’atomes, mais la plupart de ces atomes se trouvent à l’intérieur de notre planète. La partie extérieure de celle—ci — la biosphère de notre planète – est la seule composante qui nous tient à cœur en ce qui concerne les atomes avec lesquels nous interagissons régulièrement. Dans l’ensemble, la somme totale de tous les corps aqueux sur Terre, y compris les lacs, les océans, les rivières, les mers, les calottes glaciaires, les glaciers, etc., se traduit par environ 0,02% de la masse de la planète: 1,35 × 1021 kg. L’atmosphère entière, quant à elle, représente environ 1 partie sur un million de la planète entière: 5,15 × 1018 kg.

Lorsque nous faisons le calcul pour les convertir en atomes, voici ce que nous obtenons:

  • 4,1 × 1040 atomes d’oxygène (atmosphère),
  • 4.5 × 1043 atomes d’oxygène (eau), et
  • 9,0 × 1043 atomes d’hydrogène (eau).

Ce sont des nombres énormes, en particulier par rapport au nombre d’atomes dans un corps humain. Mais ils ne sont pas assez grands.

Que nous portions un masque ou non, nous inhalions toujours le même nombre d’atomes dans notre corps avec… chaque respiration que nous prenons, et ces atomes ont la même probabilité qu’ils ont toujours eu d’avoir été une fois à l’intérieur de quelqu’un d’autre. (Jaap Arriens / NurPhoto via Getty Images)

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Si vous preniez tous les atomes de votre corps et les laissiez retourner dans l’environnement naturel de la Terre, et que vous mélangiez ensuite soigneusement tout l’air et l’eau sur la Terre, vous réaliseriez quelques faits spectaculaires.

  1. Un atome d’hydrogène sur 21 quadrillions (2,1 × 1016 atomes) provient de votre corps.
  2. Un atome d’oxygène sur 26 quadrillions (2,6 × 1016 atomes) provient de votre corps.

Et cela est vrai pour le corps de tout le monde, en moyenne, si l’on considère les atomes qui les composaient il y a un an.

Mais rappelez-vous: le corps humain typique contient 4 × 1027 atomes d’hydrogène et 2 × 1027 atomes d’oxygène! Si chacun de nous accumule des atomes de manière aléatoire, cela signifie toujours que chacun de nous, en moyenne, a des centaines de milliards d’atomes qui étaient, il y a un an, à l’intérieur de chaque personne sur Terre. Des centaines de milliards d’atomes sont dans votre corps non seulement de moi et de tout le monde sur Terre, mais aussi de dinosaures qui vivaient il y a des millions d’années.

Cette image montre le squelette restant de Sue le T-Rex, exposé au Field Museum de Chicago…. Il y a environ quelques milliards d’atomes qui étaient autrefois à l’intérieur de Sue qui composent maintenant votre corps aujourd’hui.

Dallas Krentzel/Flickr

C’est seulement parce que les atomes sont si petits, et qu’ils sont si nombreux à l’intérieur de chacun de nous, que cela est possible. Si les atomes étaient plus gros et plus massifs, et que nous étions faits de moins d’entre eux, ce serait une proposition beaucoup plus difficile. Mais la réalité est que nous sommes faits de blocs de construction extrêmement minuscules, et il y en a plus en chacun de nous qu’il n’y a de kilogrammes dans la Terre, d’étoiles dans l’Univers observable ou de grains de sable dans tout le Système solaire.

En fait, en ce moment, si vous respirez profondément puis expirez, au bout d’une année, environ un atome de cette respiration se retrouvera dans les poumons de chaque autre personne sur Terre à tout moment. En d’autres termes, vous avez probablement environ un atome du dernier souffle de César dans vos poumons en ce moment.

Chaque souffle humain contient environ 10^ 19 atomes, ce qui signifie que même dans notre bien mélangé… atmosphère, vous avez probablement environ 1 atome qui faisait à un moment donné partie de tout souffle jamais respiré dans l’histoire humaine.

Sasha Kargaltsev /flickr

Notre corps peut sembler rester à peu près le même d’une année à l’autre, mais le fait est que nous expulsons en fait les atomes en nous tout le temps:

  • le carbone que nous expirons dans le dioxyde de carbone est le carbone qui compose notre corps,
  • l’eau que nous excrétons lorsque nous urinons est l’hydrogène et l’oxygène de notre corps,
  • et les autres éléments, combinés à la sueur, à l’urine et aux déchets solides, quittent également régulièrement notre corps.

Pendant ce temps, nous respirons de l’air, buvons de l’eau et mangeons des plantes et des animaux, ce qui amène de nouveaux atomes dans notre corps pour remplacer ceux que nous perdons constamment. La planète Terre est un système à peu près fermé en ce qui concerne les atomes de notre biosphère, ce qui signifie que, si les choses se mélangent suffisamment, ces minuscules composants microscopiques de notre monde se répandront inévitablement partout où l’eau et l’air sont autorisés à aller.

Des échelles macroscopiques aux échelles subatomiques, les tailles des particules fondamentales ne jouent que a… petit rôle dans la détermination des tailles des structures composites. On ne sait toujours pas si les blocs de construction sont vraiment des particules fondamentales et / ou ponctuelles, mais nous comprenons l’Univers depuis les grandes échelles cosmiques jusqu’aux minuscules échelles subatomiques. Il y a près de 10^ 28 atomes qui composent chaque corps humain, au total.

Magdalena Kowalska/équipe du CERN/ISOLDE

Chaque fois que vous respirez, vous respirez des atomes d’air qui se trouvaient autrefois à l’intérieur d’un autre être humain. Chaque fois que vous prenez un verre d’eau, vous buvez de l’eau qui était autrefois à l’intérieur d’un autre être humain. Et chaque bouchée de nourriture que vous prenez se compose d’atomes qui se trouvaient à l’intérieur d’une autre personne. Nous partageons tous la même planète, la même biosphère et, à un niveau fondamental, même les mêmes atomes.

Au niveau atomique, nous sommes tous incroyablement profondément connectés. À l’intérieur de votre corps, en ce moment, se trouvent des centaines de milliards d’atomes qui étaient autrefois l’un à l’intérieur de l’autre être humain sur Terre. Au fil des générations et des éons, ces mêmes atomes continuent de tout composer: les atomes des dinosaures, des plantes, des trilobites et même des organismes unicellulaires qui dominaient autrefois notre planète sont maintenant en vous.

C’est votre tour maintenant. Profitez-en au maximum.