Vår inre löpare

Förra veckan sändes det tredje och sista avsnittet i Vetenskapens värld om Människans inre fisk, ödla och apa. Det är den bästa programserie jag sett om evolutionen, vilket inte är så förvånande med tanke på att programledaren Neil Shubin skrivit en av de bästa böckerna i ämnet: Your inner fish.

TV-serien målade evolutionen med bred pensel, men tecknade vissa avsnitt med den allra tunnaste och finaste penseln, t ex hur benen i ödlornas käkar vandrade upp och bildade avancerade konstruktioner av små ben som blev våra öron. Däremot tog man inte upp människans senaste utveckling - hur vi skakades ner från träden och började gå och springa. Jag hade gärna sett ett fjärde avsnitt om vår inre löpare, så tanken med det här inlägget är att ge Vetenskapens värld ett manus att utgå ifrån när det blir aktuellt med en fjärde del :)

Människans evolution
Jämfört med vår närmsta levande släkting schimpansen är människan ganska klen. Schimpanserna är starkare, snabbare och svingar sig mellan trädgrenarna på ett sätt som inte ens den bästa gymnasten kommer i närheten av. Men vi slår dem - och alla andra däggdjur - i långdistanslöpning. När en schimpans tar ett steg kräver det fyra gånger så mycket energi som för en människa. Människan är helt enkelt konstruerad för att gå och springa långt.

Ett försök att illustrera evolutionen med hjälp av tre motvilliga statister en vacker novemberdag.

För omkring 10 miljoner år sedan skildes schimpansernas och människornas utvecklingslinje åt. De gick sin väg och vi sprang vår väg. De stannade kvar i skogarna, medan våra förfäder klev ner från träden. Det var ett litet steg för vår förfader, men ett stort steg för mänskligheten.

Dessa hominider såg mer ut som apor än som människor. De hade ett ben var kvar i träden. Med tiden blev det allt förre träd och allt mer savann, så hominiderna tvingades äta annan mat än enbart frukt för att överleva - som löv, rötter, rotknölar och frön. Förmodligen även insekter och kött.

De som överlevde på savannen tvingades anpassa sig till en farlig värld fylld av sabeltandade kattdjur, giftiga ormar och gigantiska rovfåglar. På dagen var hominiderna självsäkra samlare, asätare och jägare. På natten var de dock ängsliga villebråd.

För två miljoner år sedan utvecklades en ny art, Homo erectus. Deras kvarglömda skelett visar på en mängd anpassningar till en löpande livsstil, som båggångar i örat, längre ben och kortare armar, cylinderformad bål och sist men inte minst - djurvärldens kraftigaste skinkmuskel. Dessutom försvann pälsen och förmågan att svettas utvecklades.

Några viktiga anpassningar. En jämförelse mellan Homo erectus och Australopithecus afarensis. Källa: Nature.

Tidigare rådde stillestånd mitt på dagen - det var för varmt. Men hominiderna kunde svettas och göra sig av med överskottsvärme, vilket gav en stor fördel i kampen för att överleva.

Huvudet på skaft
En av de viktigaste anpassningarna var utvecklingen av nackligament som stabiliserade huvudet. Tittar man på schimpanser ser man hur deras huvud studsar fram och tillbaka när de springer – de saknar dessa viktiga ligament. Löpare som hästar, hundar och människor har dock oberoende av varandra utvecklat kraftiga nackligament. Tack vare dessa stabilisatorer kan vi hålla huvudet stilla, vilket är en anmärkningsvärd konstruktion för en tvåbent varelse som människan. På fyrbenta djur som vargar är huvudet riktad som en projektil framåt. Det är extremt svårt för en tvåbent varelse vars huvud studsar upp och ner på en hoppstylta. En bra löpare rör sig så lite som möjligt i höjdled och tack vare muskler, senor och armar kan vi balansera huvudet på skaftet och samtidigt hålla det stabilt både vertikalt och horisontellt. Våra ögon är riktade framåt som hos en varg, inte åt sidan som på rådjur och kaniner.

Vestibulo-okulära reflexen. Finurlig i sin enkelhet. Källa Wikipedia.

När vi rör huvudet känner örats båggångar av dessa rörelser och aktiverar en reflex som stabiliserar bilden av t ex ett bytesdjur på mitten av synfältet genom att producera en ögonrörelse i motsatt riktning till huvudets rörelse (vestibulo-okulära reflexen). Vi kan vrida bålen och huvudet när vi springer, men ändå fixera blicken på ett mål i fjärran. Reflexen måste ha varit viktig när vi jagade byte.

Vår inre löpare
För mellan 100 - 200 000 år sedan utvecklades Homo sapiens i Afrika. För 10 000 år sedan hade den nya arten befolkat större delen av världen, från Sydamerika till Australien. Det är en kolonisering som saknar motstycke.

Homo Sapiens använde fantasi och intelligens när de jagade. De försökte tänka som bytesdjuret. När bytet var inom synhåll, fixerade jägaren det på näthinnan och sprang tills bytesdjuret kollapsade av värmeslag. Jägaren blev också trött men uppmuntrades av endorfiner och endocannabonider och uppbådade kraft att döda bytet. Det är ursprunget till "runners high". Denna förmåga att springa långt mitt på dagen i värme var avgörande för vår arts framgång. I en studie för några år sedan kunde man se att en mutation i genen ACTN3 som förbättrade uthålligheten snabbt spred sig i populationen, vilket visar att löpning var värdefullt för vår överlevnad som art.

Vi springer av många anledningar, men den djupaste orsaken är att löpning aktiverar urgamla program i våra kroppar. Hela vår fysiologi - från skallens form till hur fotvalven välver sig - är utformad för att maximera vår förmåga att springa långt. Jag tror det är därför vi mår bra av att springa.

Vi är alla löpare
Vi är inte starka och vi är inte snabba, men vi hittade en lucka och skapade vår egen nisch och jorden är numer överfylld av ättlingar till de första löparna. Jag är fortsättningen på en två miljoner år lång stafettkedja av löpare och jag springer min sträcka. Loppet startade på Afrikas savanner och har sträckt sig runt jordklotet och det finns inget mål. Löpningen är ett mål i sig.

Varje söndag de senaste veckorna har jag sprungit en runda runt halva Härnön utan att titta på klockan. Jag springer på känn utan att ta ut mig och jag fokuserar på löpteknik. Varje gång går det lite fortare. Jag lyfter fötterna som om jag springer på brännhet sand och blicken är fastlåst vid ett suddigt byte långt bort i fjärran. Jag försöker springa innan det blir mörkt. Man har inte många timmar på sig nu. Det måste bli mörkare, innan det blir ljusare.

Om ett träd faller i skogen

Om det inte finns någon som hör när ett träd faller i skogen, hörs det då? Det är en klassisk filosofisk fråga. Nu vet vi att svaret är nej. Trädet ger inget ljud ifrån sig om det inte finns ett öra kopplat till ett nervsystem (eller någon annan sorts mottagare) i närheten. Fallet skapar bara en kortvarig förändring i luftens molekyler. Det bildas en våg i luften som breder ut sig, tunnas ut och försvinner. Det krävs ett öra för att fånga upp dessa vibrationer och ett nervsystem som tolkar förändringarna i tryck som ett ljud av ett fallande träd.

I rymden finns inga ljud 
När vi hör, fångas ljudvågor in genom ytterörat. Ljudvågorna tränger in i hörselgången och får trumhinnan att dallra. Trumhinnan är fäst vid tre små ben som förstärker ljudvågorna och ett av benen - stigbygeln - slår på hörselsnäckan. Inuti snäckan finns en geléartad vätska och slagen får vätskan att röra sig och böja nerver som skickar signalerna vidare till hjärnan via hörselnerven. Om vi har begrepp som träd och att träd kan falla kan vi göra tolkningen att ljudet kommer från ett träd som faller. Våra hjärnor skapar vår verklighet, som färger och ljud. Att tro att vi uppfattar verkligheten som den är kallas naiv realism.

Ljudupplevelser var ett sätt att upptäcka omgivningens rörelser som senare blev en del av djurens kommunikation. Örat har en lång evolutionär historia. Fiskar "hör" hur vattnet flödar runt dem med hjälp av receptorer på kroppen. De första kräldjuren hade inga öron, de hörde med ben i käken. Dessa käkben vandrade sedan upp och utvecklades till innerörats små ben och på utsidan av skallarna växte det ut trattar som ledde in luftens rörelser. Det är inte heller så att allt ljud går in via örat. När man själv pratar leds en del av ljudet via ben i skallen, vilket, tillsammans med ljudet som kommer från munnen och in genom örat, ger en annan ljudupplevelse än om man skulle höra sig själv utifrån. Det är därför man låter konstigt på film. Apropå film är det lite märkligt att man kan höra explosioner och motorljud i rymden som saknar luft. I rymdens vakuum hör inte ens ett nervsystem om en sten faller.

Kvantmekanik
En variant på trädet som ingen hör är en katt som ingen vet om den lever när ingen ser den. Fysikerna har länge diskuterat ett tankeexperiment kallat Schrödingers katt. Man tänker sig en katt instängd i en liten låda. I lådan placeras även en anordning som med 50 procents sannolikhet dödar katten inom en timme. Efter en timme befinner sig kattens öde i ett kvantmekaniskt tillstånd med samma sannolikhet för liv och död. Katten är alltså både levande och död samtidigt enligt kvantmekanikens lagar. Men detta flytande tillstånd kollapsar till ett antingen eller när lådan öppnas - antingen död eller levande. Frågan är: När övergår systemet från flera möjliga tillstånd till antingen eller?

Det låter märkligt och snurrigt. Syftet med tankeexperiementet var just det, att visa att kvantmekaniken är motsägelsefull om man beskriver den i vardagsspråk. Kvantmekanik är märklig och snurrig och det är bevisat i flera experiment att naturen uppför sig enligt dessa motsägelsefulla lagar. Kvantmekanik är intressant, framför allt för att det inte tycks spela någon roll hur mycket man läser och tror sig förstå, det är ändå inte riktigt vettigt. Jag begriper det, men jag fattar det ändå inte riktigt. Det påminner lite om koanerna inom zen. 

Naturens motsägelsefulla karaktär är ett faktum och snart kanske vi har kvantdatorer som utnyttjar att en bit kan vara både 0 och 1 samtidigt. Dagens datorer bygger på bitar som är antingen 1 eller 0, men en kvantbit kan alltså ha flera värden samtidigt. Nyligen kunde man också visa ett lite större objekt - en trampolin - som befann sig i kvanttillstånd. Se videon om det nedan.

video ...

Kaninen och träningen
Vi har haft en Schrödingers kanin hemma några år, men nu har vi äntligen lyckats sälja kaninen till en djurvän. Varje gång jag gick in till kaninen var jag osäker på om den skulle vara död eller levande. Kaniner gör inte så mycket väsen av sig och de är lätta att glömma bort. Osäkerhetsfunktionen kollapsade då jag öppnade dörren. Hon levde varje gång jag observerade henne. Hon har det nog bättre hos sina nya ägare.

Igår sprang jag långa intervaller runt Sidsjön som är drygt tre kilometer runt om. Det blev tre varv med lite joggvila emellan. Jag såg ut som om jag badat efteråt. Det är inte många på jobbet så jag tar långa luncher som inkluderar ett träningspass.