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Quanti atomi abbiamo in comune l’uno con l’altro?

by admin

All’interno di ognuno di noi ci sono i nostri organi, cellule, molecole e atomi. Sulle scale più piccole di tutte, lì… sono più di 10 ^ 28 particelle subatomiche nei nostri corpi, un numero enorme. Se facciamo le domande su quanti di loro sono stati all’interno del corpo di un’altra persona ad un certo punto, otteniamo una risposta allarmante.

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Quando mangi cibo, bevi liquidi o persino respiri nell’aria, molti di quegli atomi finiscono per essere incorporati nel tuo corpo. Quando sudate, espirate e secernete o espellete la materia dal vostro corpo, quegli atomi ritornano nella biosfera terrestre, dove alla fine possono finire per essere incorporati nei corpi di altre persone. Qui sulla Terra, tutto è connesso.

Ma quanto siamo connessi? In particolare, quanti atomi nel nostro corpo erano nel corpo di un altro essere umano ad un certo punto? Condividiamo gli atomi in comune con tutti i vivi oggi? Con tutti quelli che hanno vissuto? Con re Tut, Cleopatra, Giulio Cesare, George Washington,ecc.? La risposta è affascinante: non solo ognuno di noi ha centinaia di miliardi di atomi che una volta erano nei corpi di tutti gli altri, ma abbiamo circa 1 atomo nel nostro corpo da ogni respiro che ogni essere umano abbia mai preso. Ecco come lo sappiamo.

Il corpo umano, come convenzionalmente lo pensiamo, è composto da organi fatti di cellule. Ma… a un livello ancora più piccolo, tutto dentro di noi è composto da atomi: un numero enorme di loro a causa della loro dimensione schiacciante.

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Iniziamo dando un’occhiata a ciò che il corpo umano è in realtà. Potresti pensare a te stesso come a una raccolta dei tuoi organi macroscopici e delle cellule che li compongono. Che non sei altro che ossa, muscoli, pelle e gli altri organi dentro di te. Ma da un punto di vista cellulare, che costituisce solo il 4% delle cellule nel vostro corpo. L’altro 96% è diviso, approssimativamente in modo uniforme, tra le cellule del sangue e le cellule batteriche che vivono e nel tuo corpo.

Le cellule del sangue (per lo più globuli rossi) vivono solo per circa 4 mesi a testa, a quel punto vengono scomposte, i loro componenti vengono escreti e sostituiti da nuove cellule che sono state create nel midollo osseo. I batteri vivono ovunque che possono: ci sono circa un milione di cellule batteriche su ogni centimetro quadrato della vostra pelle, e decine di trilioni di cellule batteriche fiorente nel tratto digestivo.

Gli elementi nel corpo umano. Mentre, in massa, siamo per lo più Ossigeno, Carbonio, azoto e idrogeno,… ci sono dozzine di elementi essenziali per i processi vitali nel corpo umano. Ci sono più di 10 ^ 28 protoni che compongono un tipico corpo umano adulto.

Openstax college, Anatomy & Physiology, Connexions Web site

In termini di atomi, queste cellule sono composte prevalentemente da pochi elementi. In peso, il corpo umano è:

  • 65% di ossigeno,
  • 18.5% di carbonio,
  • 9.5% di idrogeno,
  • 3.2% di azoto,

e circa il 4% tutto il resto combinato. Ciò include il calcio nelle ossa, il fosforo fondamentale per quelle molecole di ATP, il sodio e il potassio che sono fondamentali per regolare i neuroni del tuo corpo e lo zolfo, il cloro e il magnesio che svolgono ruoli chiave nel tuo corpo.

Ma anche se parliamo solo dei quattro elementi più comuni, stiamo parlando di un numero notevolmente elevato di atomi. Un essere umano, quando conti tutto dentro di noi, è in realtà una collezione incredibilmente grande di atomi: ci sono più atomi nel tuo corpo di quante non ci siano stelle nell’intero Universo.

Diverse campagne a lunga esposizione, come l’Hubble eXtreme Deep Field (XDF) mostrato qui, hanno rivelato… migliaia di galassie in un volume dell’Universo che rappresenta una frazione di un milionesimo del cielo. Tutto sommato, stimiamo che ci siano circa 2 trilioni di galassie nell’Universo osservabile, ma anche se avessero un trilione di stelle ciascuna (una stima elevata), ci sarebbero più atomi nei nostri corpi che stelle nell’Universo.

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

Con ogni anno che passa, infatti, potresti essere sorpreso di apprendere che più del 90% degli atomi che erano nel tuo corpo non ci sono più. Le cellule vengono scomposte, prese nel flusso sanguigno, filtrate dal fegato e dai reni e grandi componenti del loro contenuto vengono escreti. Nel frattempo, ingerisci e respiri continuamente nuovi atomi, dove il tuo corpo li assembla in nuove molecole e cellule. In un dato momento nel tempo, il tuo corpo contiene approssimativamente (per un essere umano di medie dimensioni):

  • 4 × 1027 atomi di idrogeno,
  • 2 × 1027 atomi di ossigeno,
  • 3 × 1026 atomi di carbonio e
  • 8 × 1025 atomi di azoto.

Questi sono numeri enormi, anche per gli standard astronomici. Eppure, dobbiamo chiederci da dove vengono.

Gli elementi che compongono il corpo umano e sono più essenziali per la vita occupano una varietà di… sulla tavola periodica, ma tutti possono essere generati dai processi di alcuni diversi tipi di stelle nell’Universo.

Ed Uthman, MD, via http://web2.airmail.net/uthman/(L); L’utente di Wikimedia Commons Zhaocarol (R), sotto c.c.a.-s.a.-3.0.

Quasi tutto l’ossigeno e l’idrogeno nei nostri corpi provengono dall’acqua potabile e dall’aria respirabile. Nel frattempo, la maggior parte del carbonio e dell’azoto nei nostri corpi proviene dal cibo che mangiamo. Questo fa la differenza: è più facile per l’acqua e l’aria di circolare in tutto il pianeta e mescolare bene e accuratamente. Supponendo che gli atomi non siano né creati né distrutti — una buona approssimazione della realtà-alcune frazioni degli atomi di aria che stai respirando erano una volta nei polmoni di qualcun altro nel corso della storia, che si tratti di Hitler, Cesare, Ramses o Otzi l’Uomo venuto dal ghiaccio.

Dato che l’idrogeno e l’ossigeno comprendono il maggior numero di atomi nel tuo corpo, e che l’atmosfera e i corpi acquosi della Terra sono dove risiedono quegli atomi, questo ci dà un metodo per affrontare il problema: considerando il numero di atomi nell’atmosfera e in tutta l’acqua della Terra.

La Terra secca, rispetto a tutti gli oceani della Terra (grande punto blu), tutta l’acqua dolce sulla Terra… (punto blu medio), e tutti i fiumi e laghi sulla Terra (piccolo punto blu), l’ultimo dei quali è la stessa massa/dimensione relativa dell’atmosfera terrestre.

Howard Perlman, USGS/illustraion di Jack Cook, WHOI

La Terra è un luogo enorme con un numero enorme di atomi, ma la maggior parte di questi atomi si trova all’interno del nostro pianeta. La parte esterna di esso — la biosfera del nostro pianeta-è l’unico componente che ci interessa quando si tratta degli atomi con cui interagiamo regolarmente. Nel complesso, l’intera somma di tutti i corpi acquosi sulla Terra, compresi laghi, oceani, fiumi, mari, calotte glaciali, ghiacciai, ecc., si traduce in circa lo 0,02% della massa del pianeta: 1,35 × 1021 kg. L’intera atmosfera, nel frattempo, è di circa 1 parte in un milione dell’intero pianeta: 5,15 × 1018 kg.

Quando facciamo i calcoli per convertirli in atomi, ecco cosa otteniamo:

  • 4.1 × 1040 atomi di ossigeno (atmosfera),
  • 4.5 × 1043 atomi di ossigeno (acqua), e
  • 9.0 × 1043 atomi di idrogeno (acqua).

Questi sono numeri enormi, specialmente rispetto al numero di atomi in un corpo umano. Ma non sono abbastanza grandi.

Che indossiamo una maschera o no, stiamo ancora inalando lo stesso numero di atomi nei nostri corpi con… ogni respiro che prendiamo, e quegli atomi hanno la stessa probabilità che hanno sempre fatto di essere stati una volta dentro qualcun altro. (Jaap Arriens / NurPhoto via Getty Images)

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Se dovessi prendere tutti gli atomi nel tuo corpo e lasciarli tornare all’ambiente naturale della Terra, e quindi mescolare accuratamente tutta l’aria e l’acqua sulla Terra, realizzeresti un paio di fatti spettacolari.

  1. Uno su ogni 21 quadrilioni di atomi di idrogeno (2,1 × 1016 atomi) provengono dal tuo corpo.
  2. Uno su ogni 26 quadrilioni di atomi di ossigeno (2,6 × 1016 atomi) provengono dal tuo corpo.

E questo è vero per il corpo di tutti, in media, se si considerano gli atomi che li hanno creati un anno fa.

Ma ricorda: il tipico corpo umano ha 4 × 1027 atomi di idrogeno e 2 × 1027 atomi di ossigeno! Se ognuno di noi accumula atomi in modo casuale, ciò significa ancora che ognuno di noi, in media, ha centinaia di miliardi di atomi che erano, un anno fa, all’interno di ogni altra persona sulla Terra. Centinaia di miliardi di atomi sono nel tuo corpo non solo da me e da tutti gli altri sulla Terra, ma anche dai dinosauri vissuti milioni di anni fa.

Questa immagine mostra lo scheletro residuo di Sue il T-Rex, in mostra al Field Museum di Chicago…. Ci sono circa qualche trilione di atomi che una volta erano dentro Sue che ora compongono il tuo corpo oggi.

Dallas Krentzel/Flickr

È solo perché gli atomi sono così piccoli, e ce ne sono così tanti dentro ognuno di noi, che questo è possibile. Se gli atomi fossero più grandi e massicci, e noi ne fossimo fatti di meno, questa sarebbe una proposta molto più difficile. Ma la realtà è che siamo fatti di minuscoli blocchi di costruzione, e ce ne sono più in ognuno di noi di quanti ce ne siano chilogrammi nella Terra, stelle nell’Universo osservabile o granelli di sabbia nell’intero Sistema Solare.

Infatti, in questo momento, se fai un respiro profondo e poi espiri, con il passare di un anno, circa un atomo di quel respiro finirà in ogni altra persona sui polmoni della Terra in qualsiasi momento nel tempo. In altre parole, probabilmente hai circa un atomo dell’ultimo respiro di Cesare nei tuoi polmoni in questo momento.

Ogni respiro umano contiene circa 10^19 atomi, il che significa che anche nel nostro ben miscelato… atmosfera, probabilmente hai circa 1 atomo che era a un certo punto una parte di qualsiasi respiro mai respirato nella storia umana.

Sasha Kargaltsev / flickr

I nostri corpi potrebbero sembrare rimanere più o meno gli stessi su base annuale, ma il fatto è che in realtà stiamo espellendo gli atomi dentro di noi tutto il tempo:

  • il carbonio che espiriamo nell’anidride carbonica è il carbonio che compone i nostri corpi,
  • l’acqua che espelliamo quando uriniamo è l’idrogeno e l’ossigeno dai nostri corpi,
  • e gli altri elementi, in una combinazione di sudore, urina e rifiuti solidi, lasciano anche i nostri corpi su base regolare.

Nel frattempo, respiriamo aria, beviamo acqua e mangiamo piante e animali, e questo porta nuovi atomi nei nostri corpi per sostituire quelli che perdiamo costantemente. Il pianeta Terra è un sistema approssimativamente chiuso per quanto riguarda gli atomi nella nostra biosfera, il che significa che, dato abbastanza tempo perché le cose si mescolino a sufficienza, queste minuscole componenti microscopiche del nostro mondo si diffonderanno inevitabilmente ovunque acqua e aria possano andare.

Dalle scale macroscopiche fino a quelle subatomiche, le dimensioni delle particelle fondamentali giocano solo a… piccolo ruolo nel determinare le dimensioni delle strutture composite. Non è ancora noto se i blocchi di costruzione siano veramente fondamentali e/o particelle puntiformi, ma comprendiamo l’Universo da grandi scale cosmiche fino a minuscole scale subatomiche. Ci sono quasi 10 ^ 28 atomi che compongono ogni corpo umano, in totale.

Magdalena Kowalska / CERN/ISOLDE team

Ogni volta che inspiri, stai respirando atomi di aria che una volta erano all’interno di un altro essere umano. Ogni volta che prendi un bicchiere d’acqua, stai bevendo acqua che una volta era dentro un altro essere umano. E ogni boccone di cibo che prendi consiste di atomi che erano dentro un’altra persona. Condividiamo tutti lo stesso pianeta, la stessa biosfera e — a livello fondamentale — anche gli stessi atomi.

A livello atomico, siamo tutti incredibilmente profondamente connessi. All’interno del tuo corpo, in questo momento, ci sono centinaia di miliardi di atomi che una volta erano l’uno dentro l’altro essere umano sulla Terra. Nel corso delle generazioni e degli eoni, quegli stessi atomi continuano a costituire tutto: gli atomi dei dinosauri, le piante, i trilobiti e persino gli organismi unicellulari che un tempo dominavano il nostro pianeta sono ora dentro di te.

Ora tocca a te. Sfruttala al meglio.