Löpning, livet och universum

Jag springer med hjälp av energi som en gång skapades i Big Bang. Tiden som jag mäter min löpning med började också då; det finns inget "före" Big Bang. Tiden spände ut rummet och skapade avstånd och det krävs någon form av rörelse för att överbrygga dessa avstånd.

Början till allt
Egentligen var Big Bang ingen smäll, utan en tyst och mörk utvidgning av rummet som inträffade för 13,7 miljarder år sedan. Inom bråkdelen av en miljondel av en miljarddel av nästan ingenting (10^-43 sekunder eller en plancktid) skapades materia och lika mycket antimateria. Dessa motsatser började genast utplåna varandra. En gigantisk förintelse spreds genom universum. Kvantmekaniken tillåter osäkerhet och det fanns en liten övervikt av materia. För varje 10 000 000 000 antiprotoner, fanns det 10 000 000 001 protoner och denna ”felräkning” var tillräckligt för att bilda allt som finns: Du och jag och mitt kylskåp, blåvalar och bergskedjor. Allt. Det märkliga är att allt detta skapades ur ingenting. Vid tidpunkten för Big Bang fanns ingen materia, inga fysikaliska lagar, ingen tid och ingen geometri. Enligt Stephen Hawking inträffade Big Bang därför att det var en händelse som var sannolikare än alternativet. Det finns inget i kvantmekaniken som talar emot att någonting kan skapas ur ingenting utan anledning. Jag begriper det, men jag fattar det inte. Det är svårt att förstå det som ligger bortom orsak och verkan.

Efter ca 300 000 år hade temperaturen svalnat så att en del protoner kunde fånga in elektroner och bilda enkla väteatomer. Därmed blev universum synligt. Ljus i form av fotoner kunde sprida sig och det allra äldsta ljuset i universum är från den tiden. Inte ens det starkaste teleskopet kan se längre bort och tillbaka än så. Det är en fysisk gräns för hur långt tillbaka vi kan "se" i universum. Atomerna låg sedan utspridda i stora moln som så småningom - genom gravitationen - kom att bilda galaxer och i ett av dessa moln av atomer vispades en sol och några planeter ihop för ca 5 miljarder år sedan. Det blev vårt solsystem.

Solen. Bild Philipp Salzgeber

Solen är ett gigantiskt gasmoln. På ytan är den kall, bara 5-6 000 grader, men längre in är trycket hårt och värmen hög. Där finns väteatomer som skapades strax efter universums födelse. Ibland slår sig dessa lätta väteatomer samman och bildar helium. I denna fusionsprocess frigörs energi i form av livsfarlig gammastrålning som oändligt sakta tränger genom solens gasfyllda kropp ut mot dess yta. Det tar miljontals år och mycket energi spills ut på vägen. Gammastrålningen avväpnas och förvandlas till ofarligt synligt ljus. Ljus kan både ses som en våg eller som en partikel, en foton. Dessa fotoner kastar sig sedan ut i världsrymden.

Grunden till allt
En bråkdel av fotonerna färdas med riktning mot jorden. Med ljusets hastighet störtar de genom jordens atmosfär. Åtta minuter efter uppbrottet från solen brakar en foton ner i marken och träffar ett löv som i sitt inre är fyllt av klorofyllmolekyler. En bråkdel av en mikrosekund senare träffas klorofyllmolekylen av ytterligare en foton. Klorofyllet är utvecklat för att klara sådana smällar. De har ett pigment som fångar ljus med rätt våglängd, vilket är detsamma som synligt ljus mellan rött och blått. De fångar upp fotonerna och börjar vibrera och kastar sedan energin vidare som en het potatis i en kedja där lite energi hela tiden utnyttjas i biokemiska processer. Denna kedja slutar i en fantastisk konstruktion - ATP syntas - där ett biokemiskt kvarnhjul som drivs av vätejoner mekaniskt hamrar ihop ATP - jordklotets gemensamma energivaluta - av ADP och fria fosfatgrupper.

Fotonerna träffar jorden med sådan kraft att de kan splittra vatten. Det är en otrolig bedrift. Vatten är en mycket stabil molekyl. Vattenmolekylen klarar stormar och bränningar. Den kanske ser krossad ut en kort stund då vattnet i en väldig våg kastas mot klipporna och skingras i ett oändligt antal små vattendroppar, men en stund senare rinner vattnet tillbaka i tusentals små rännilar. Fotonen kan dock krossa vatten genom att slita loss två protoner och tillhörande elektroner från syret. Den ensamma syreatomen ogillar detta och skyndar sig att binda till en annan syreatom och släpps sedan ut som en parad syremolekyl. Den kan jag andas in då jag springer. De elektroner som frigjordes från syret kastas vidare i den biokemisk kedjan. 

Energin, som nu finns lagrad i olika molekyler, används sedan till att foga samman kolatom till kolatom i långa kedjor av sockermolekyler. Det är livets kedja. Grunden till allt liv på jorden.

Löpning och allt
Jag tar en tugga av äpplet som fogats samman av soljusets fotoner, koldioxid och vatten och springer vidare. Kroppen tar genast hand om äpplet och börjar sönderdela det till glukos. Glukosmolekylen består av 6 kolatomer och det är från dessa kolbindningar som energin ska hämtas. Förutom glukos krävs det också att jag andas in 6 syremolekyler för varje glukosmolekyl som jag förbränner. Ju snabbare jag springer, desto mer glukos förbrukar jag och desto mer syre måste jag andas in.

Glukosen bryts ner till kolatomer som kastas in i cellens kraftverk, in i mitokondrierna. Där snurrar citronsyracykeln. Citronsyracykeln eldas med kol för att gå runt. För varje kolatom som kroppen skyfflar in, alstras två ATP-molekyler och dessutom molekyler som lagrar energi i form av elektroner. Dessa elektroner används sedan till att pumpa ut vätejoner från mitokondriernas inre membran till dess yttre, vilket skapar en skillnad i laddning som utnyttjas i samma sorts kvarnhjul - ATP-syntas - som finns i växterna, vilket tyder på ett gemensamt ursprung för över en miljard år sedan innan växter och djur valde olika - och livsavgörande - vägar i utvecklingen. Växterna var nöjda med livet som det var, medan djuren sökte sig till nya områden och utvecklade ett nervsystem och ben att springa med, fenor att simma med och vingar att flyga med. 

Den process som utvinner energi är effektiv, men hälften försvinner som värme. Kroppstemperaturen stiger och jag börjar svettas. Svetten avdunstar och lämnar kroppen tillsammans med en tunn rök av oxiderat kol, resterna av det kol som skyfflades in i mitokondrierna.

Jag har bara någon kilometer kvar nu och jag andas häftigt. Lungorna fylls av syre som kan användas till oxidering i mina celler och ge mig energipaket - ATP - att springa med. Det är ATP som får musklerna att arbeta genom att driva ett antal proteiner som vrider sig på ett invecklat sätt.

Till sist lämnar energin min kropp och sedan jorden som trött, långvågig värmestrålning. Energin är konstant i universum men kvaliteten har sjunkit. Trötta, osynliga fotoner lämnar jorden och på vägen ut möter de pigga, synliga blåa och illröda fotoner, på väg mot jorden för att sätta fart på molekyler, växter, möss och människor. De förbrukade fotonerna strålar ut i världsrymden, osynliga för människoögat.

Vad är det vi andas egentligen

För tre miljarder år sedan bestod jordens atmosfär mest av kväve, metan och ammoniak och i haven simmade blågröna giftalger. Det är samma alger som härjar längs kusterna under somrarna. Det är alltså inget nytt fenomen, det har de gjort i alla tider och längre än så. Giftalgerna fanns långt före oss och de är egentligen inga alger utan en slags bakterier som kallas cyanobakterier.

Vi borde tacka dem
Det var dessa bakterier som uppfann fotosyntesen en gång för över tre miljarder år sedan - de använder fotosyntesen för att med hjälp av solenergi fånga upp koldioxid och de släpper ut syre som restprodukt. En del är giftiga och innehåller bl a nervgifter som påverkar hjärncellernas jonkanaler och signalöverföring. Man bör alltså inte bada om havet är en blågrön sörja av giftiga cyanobakterier om man vill hålla hjärnan intakt. Men cyanobakterierna fanns som sagt i havet långt före oss så vi får snällt vänta tills de blommat färdigt. Vi borde falla på knä längs stränderna och buga. Det är ju tack vare cyanobakterierna vi kan andas.

Illustration by Peter Sawyer © Smithsonian Institution

Antioxidanterna räddade livet
När jorden var ung var ytan översållad av järn som reagerade med syret som cyanobakterierna producerade och syret oxiderade järn och blev järnoxid - rost. Jorden rodnade som sin grannplanet Mars. Luften förblev därför länge i stort sett syrefri. Till slut var dock allt järn oxiderat och luften började oändligt sakta fyllas upp av syre, vilket påverkade det tidiga livet som inte anpassats för en syremättad atmosfär.

Syre är bra på att oxidera, d v s ta elektroner från andra molekyler. Ordet oxidera kommer till och med från ordet för syre (oxygen). Redan i livets begynnelse började livsformerna därför använda antioxidanter för att försvara sig mot de gradvis höjda halterna av syre. Det liv som överlevde denna kamp mot syret är våra förfäder och vi har samma mekanismer i våra celler och förmågan att försvara sig mot syret har utvecklats under årmiljonerna. De livsformer som inte klarade sig i kampen mot syre dog ut.

Illustration by Peter Sawyer © Smithsonian Institution

Vi rostar sönder
Det nya livet blev syrebaserat - aerobt. Det gamla anaeroba livet försvann eller gömde sig i syrefria miljöer under marken och djupt nere i haven och i våra magar där de gjort sig oumbärliga. Syret möjliggjorde snabb energi och effektiv förbränning. Men det skedde till priset av att vi måste bygga brandstationer i varje stad och att syre vid förbränning bildar fria radikaler och det är dessa radikaler som delvis ligger bakom vårt gradvisa sönderfall. En radikal saknar en elektron längst ut och tvingas enligt kemins lagar att ta den från andra och dessa blir då i sin tur radikaler som jagar elektroner. Det blir en kedjereaktion som gör att vi sakta men säkert rostar och faller sönder.

Ett äpple om dagen håller kroppen i trim
Jordens livsformer måste därför skydda sig mot syret. Alla vet att äpplets nyttigheter finns i skalet. Skalet är ett skydd, en sköld. Det är där antioxidanterna finns som en försvarsmur mot solens vassa strålar, syrets oxiderande kraft och parasiternas lömska överlevnadsknep. Biter man hål i skalet och lämnar äpplet blottat går förfallet fort. Efter en dag är äpplet brunt och oätligt. Sprutar man lite citronsyra på äpplet klarar det sig dock längre. Citronen innehåller C-vitamin och det är en stark antioxidant som fångar upp syreradikalerna i deras jakt på elektroner. Den som bet i äpplet och svalde skalet kan till viss dra nytta av äpplets försvar, nämligen en typ av antioxidanter som kallas polyfenoler. Det är överhuvudtaget så att bär och frukter med starka färger innehåller höga halter av antioxidanter, inte minst våra svenska blåbär.

Löpning och antioxidanter
Ju mer energi man förbrukar desto mer syre sugs in i cellerna och 2 procent av syret reduceras till fria radikaler. Slutsatsen av detta borde vara att man ska äta och röra sig så lite som möjligt för att minska på cellslitaget. Men å andra sidan förlänger man livet om man springer och ökar energiförbrukningen, bl a därför att våra celler blir bättre på att bekämpa de fria radikalerna. När antalet fria radikaler når en viss nivå svarar kroppen med att tillverka fler kroppsegna antioxidanter, vilket i slutändan dessutom ökar produktionen av mitokondrier i musklerna. När det finns fler mitokondrier kan cellerna hantera framtida stress bättre. Dessutom blir livskvaliteten högre om man rör sig än om man försöker härma en krokodil som kan ligga stilla i månader utan mat. Det kan vi dessutom inte eftersom vi måste äta för att hålla blodet varmt.

Förmodligen kan man hjälpa kroppens försvar mot fria radikaler genom att äta mat som innehåller olika typer av antioxidanter. Ju mer varierat, desto bättre. Broccoli, blåbär, avocado och paranötter fullproppade med selen, vilket är ett bristämne i nordiska jordar och därmed också i våra kroppar, är några exempel antioxidantrik föda.

Kalorirestriktion
Högst medellivslängd i världen har man på japanska ön Okinawa. Dessutom finns där flest 100+ åldringar och 15 procent av alla som är 110+ bor på Okinawa, trots att öns invånarantal bara utgör 0,0002 procent av jordens befolkning. Det som skiljer Okinawa från resten av världen är att de äter sparsamt men nyttigt. Kosten liknar medelhavskosten med mycket fisk, frukt och grönsaker men väldigt lite kött och mejeriprodukter. Det röda vinet är dock utbytt mot te och pastan mot sötpotatis och ris. Dessutom är de aktiva långt upp i åren. De sitter på huk och gör ett antal knäböjningar per dag och det finns hundraåringar som säljer grönsaker på marknaderna och dyker i havet efter musslor.

En spänstig 102-årig okinawian

Medlemmar i den kristna rörelsen sjundedagsadventisterna i USA har en medellivslängd som är 5-10 år högre än övriga amerikaner. När man undersökte samband mellan olika långlevande folkgrupper fann man att både Okinawabor och sjundedagsadventister aldrig äter sig riktigt mätta. En riktig sjundedagsadventist äter sig nöjd, inte mätt. Så är det på Okinawa också. Inga överdrifter, måttlighet är en dygd. Man äter ca 1800 högkvalitativa kalorier per dag och forskarna tror att det gör dem friskare och mer långlivade.

Jag springer och ser bio istället
Nu finns det en liten grupp västerlänningar som tillämpar kalorirestriktionsteorin som baseras på dessa studier, men det kommer att dröja tills vi ser resultat eftersom vi måste vänta på att de ska dö och det kan ju dra ut på tiden. Det är livslängd man mäter. Den teori som lever längst vinner.

Jag tror jag springer så länge. Idag blir det en liten löprunda i Övik och sedan ska jag som siste man på jorden se Inception. Den ligger fyra på IMDb:s lista, mellan Gudfadern och Den gode, den onde, den fule. Det lovar gott och alla säger att den är så bra. Men det blir inga popcorn, jag gnager på en chokladdoppad paranöt istället.

Källor:
Kalorirestriktion
Cyanobakterier
Gomez-Cabrera MC, Domenech E, Vina J, Moderate exercise is an antioxidant: upregulation of antioxidant genes by training
Smithsonian institution, atmosfärens historia
Artikel i DN