Сколько в человеке атомов

Спросите Итана: сколько атомов вашего тела было в теле Тутанхамона?


Не секрет, что человеческая личность представляет собой нечто большее, чем просто сумму всех атомов её тела. Еда, которую вы поглощаете, вода, которую вы пьёте, воздух, которым вы дышите, и всё остальное, что поглощает ваше тело, можно использовать как сырьё для создания новых молекул, клеток и частей вашего тела в течение всей вашей жизни. Но всё это откуда-то взялось, и именно поэтому наш читатель хочет узнать:
Я хотел бы узнать, каковы шансы на то, что атомы вашего тела были у кого-то из прошлого? Типа шанс в 0,0001% на то, что где-то в вашем теле есть атом, который раньше был частью фараона Египта или короля Англии. Может ли наука рассказать нам о том, каким образом происходит циркуляция атомов на Земле, и откуда могли взяться атомы моего тела?
Наука может не только рассказать вам об этом, но и оценить довольно много различных параметров, касающихся того, из чего состоит ваше тело.

Для начала развеем ваши заблуждения и предвзятое мнение по поводу того, что вы собой представляете. То, о чём вы думаете, как о себе, то есть, кости, мускулы, кожа и другие органы, с точки зрения разных клеток составляют всего 4% типов клеток в вашем теле. Остальные 96% равномерно распределены между клетками крови и бактериями. Кровяные клетки, большинство из которых – эритроциты, живут всего по 120 дней до тех пор, пока не распадаются, а затем выводятся из тела и заменяются новыми клетками, создаваемыми костным мозгом. Бактерии живут везде – их можно найти по миллиону штук на каждом квадратном сантиметре коже, а десятки триллионов бактерий живут в кишечном тракте.

На ещё более фундаментальном уровне эти клетки состоят из молекул, состоящих в свою очередь из атомов. Если мы разобьём человеческое тело на атомные компоненты, то обнаружим астрономическое количество атомов – а на самом деле, количество, превышающее большинство чисел, относящихся к астрономии – внутри нас. В основном это будет кислород, углерод, водород и азот.

И эти атомы, составляющие ваши клетки, даже кальций в ваших костях, очень редко находятся в вашем теле всю вашу жизнь. Они отделяются, попадают в кровь, фильтруются почками и печенью, и выводятся, а новые атомы поглощаются и встраиваются в молекулы и клетки. Если бы вы сравнили сегодняшнее ваше тело с телом 7-летней давности, то обнаружили бы, что порядка 99,999% было заменено! Но в любой момент времени ваше тело состоит примерно из
• 1,7 × 1027 атомов кислорода,
• 8,4 × 1026 атомов углерода,
• 4,3 × 1027 атомов водорода,
• 7,7 × 1025 атомов азота,
и менее чем на 1% из всех остальных вместе, включая кальций, фосфор, серу, натрий, калий и хлор.

Почти весь кислород и водород приобретается через питьё воды и вдыхание воздуха, а почти весь углерод и азот получаются из еды. Вода и воздух довольно быстро совершают круговорот по планете, а это значит, что если бы вы отслеживали воздух последнего выдоха Гитлера, Цезаря и тираннозавра, у вас были бы примерно одинаковые шансы вдохнуть его (принимая, что их выдохи были сравнимы по количеству атомов). Но если бы вы отслеживали атомы углерода или азота, составлявших их тела, то увидели бы, что они не обязательно распределяются равномерно. Поскольку кислород и водород – самые распространённые элементы в телах, давайте сравним их с полной атмосферой планеты и мировым океаном.


Масса всей атмосферы составляет примерно 5,15 × 1018 кг, а это значит, что в ней содержится примерно 4,1 × 1040 атомов кислорода (и почти в 4 раза больше атомов азота). Сумма всех озёр, океанов, морей, рек и ледяных шапок весит примерно 1,35 × 1021 кг, что даёт нам 4,5 × 1043 атомов кислорода и 9,0 × 1043 атомов водорода. Кажется, что это очень большие числа, но по сравнению с количеством атомов в теле человека – недостаточно большие.

Если вы кремируете человека, преобразуете содержавшуюся в теле воду в пар, дождётесь, пока он встроится в круговорот воды в природе и равномерно распределится по Земле, а затем подсчитаете, сколько из этих атомов водорода и кислорода можно встретить в теле случайного человека, вы удивитесь, насколько большой будет эта цифра.
1. Один из каждых 2,1 × 1016 атомов водорода в вашем теле находился в теле того человека. Один из каждых 2,6 × 1016 атомов кислорода в вашем теле находился в теле того человека.
2. Вспомним, что в типичном человеке содержится 1,7 × 1027 атомов кислорода и 4,3 × 1027 атомов водорода.
3. А это значит, что в теле любого человека содержится примерно 2 × 1011 атомов водорода (200 миллиардов) и 6,5 × 1010 атомов кислорода (65 миллиардов), содержавшихся в теле любого другого человека, жившего до него.
Это очень много атомов! Это значит, что внутри вас сейчас содержатся сотни миллиардов атомов Тутанхамона, сотни миллиардов атомов Гитлера или Цезаря, а если отправиться в далёкое прошлое, триллионы атомов, находившихся в теле тираннозавра по прозвищу Сью в тот момент, когда она умерла.

Атомов так много, что если провести подобные подсчёты для воздуха, содержащегося в лёгких каждого из нас, то получится, что в лёгких любого человека в любой момент можно будет найти атом, который находился в последнем выдохе Цезаря (или Ленина, или Джорджа Вашингтона, или Александра Дюма). Молекулы воздуха и воды довольно быстро и просто равномерно перераспределяются, а значит, что у вас в лёгких может быть одна-две молекулы воздуха, бывших в лёгких любого другого человека десять лет назад. Но углерод, азот, кальций и прочие распределяются уже не так равномерно, так что в вашем организме может встретиться миллион или миллиард таких атомов, ранее побывавших в организме любой исторической фигуры, или их может не быть у вас совсем. Поскольку Тутанхамона мумифицировали, его вода и воздух вернулись в земной круговорот, а его углерод и азот – нет.
В следующий раз, когда будете вдыхать воздух или пить воду, подумайте об этом: вы, скорее всего, вдыхаете воздух или пьёте воду, малую часть которых вы делите со всеми людьми и со всеми существами, которые когда-либо будут жить здесь. На атомном уровне мы все объединены глубже, чем считает большинство из нас.

19 Удивительных фактов о теле человека

Многие явления, открытые в разнообразных областях науки, проходят и в человеческом теле. От ДНК до атомов, составляющих нас, человеческое тело – чудо с точки зрения науки.
1. Аппендикс

У аппендикса плохая репутация. Его обычно считают частью тела, которая потеряла своё предназначение миллионы лет назад. Похоже – единственным его предназначением является вызов аппендицита. Однако недавно было открыто, что аппендикс очень полезен для бактерий нашей пищеварительной системы. Они используют его, чтоб передохнуть от напряжённой работы в пищеварительном канале и как место для размножения. Уважайте и заботьтесь о своём аппендиксе!
2. Громадные молекулы
Фактически всё, что мы ощущаем, создано из молекул. Они разнятся в размерах от простых пар атомов, таких как молекула кислорода, до сложных органических структур. Самая большая в природе молекула находится в нашем теле. Ею является 1-я хромосома. Обычная клетка тела человека содержит 23 пары хромосом в своём ядре, каждая из которых является одиночной, длинной молекулой ДНК. Первая хромосома – самая большая и состоит из около 10 миллиардов атомов, что позволяет ей хранить большое количество генов.
3. Число атомов
Сложно представить себе, насколько малы атомы, из которых состоит тело человека до тех пор, пока не узнаешь, сколько их в нас. Взрослый человек состоит из около 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (7 октиллионов) атомов.
4. Потеря шерсти

Сложно поверить, но у нас примерно столько же волос на теле, сколько и у шимпанзе, но волоски настолько тонки, что они почти невидимы. На данный момент неизвестно почему люди потеряли свою защитную шерсть. Предположительно это случилось, чтобы позволить древним людям легче потеть, осложнить жизнь таким паразитам, как вши и клещи, или, возможно, потому что наши предки вели частично водный образ жизни.
Однако, самое интересное объяснение состоит в том, что первые люди должны были больше сотрудничать с того момента, как они начали заселять саванны. Когда животных специально выводят для сотрудничества, как когда-то мы сделали с волками, чтобы получить собак, они становятся больше похожими на детей. В 1950-х годах в СССР начался удивительный эксперимент, продолжающийся до сих пор, задачей которого является вывод при помощи селекции наиболее пригодных для обучения лис. Со временем взрослые лисы стали более похожими на больших лисят – они стали больше времени проводить за играми, развили висячие уши, подвижные хвосты и узорные шубки. Люди также похожи на младенцев обезьян – большие головы, маленькие рты и более тонкие волоски на теле.
5. Эволюция мурашек по коже

Мурашки достались нам от предков по эволюции. Они проявляются, когда маленькие мускулы рядом с луковицей каждого волоска напрягаются, и приподнимают волосок. Если бы у нас была шерсть – за счёт этого она бы распушилась и легче пропускала воздух. Но из-за того, что наши волоски слишком тонкие, мурашки просто делают нашу кожу странно выглядящей.
Мы также ощущаем, как наши волосы поднимаются, когда мы испуганы или испытываем сильные эмоции. Многие млекопитающие в случае опасности распушаются, чтоб выглядеть больше и опасней. Люди также когда-то обладали подобным защитным механизмом, но сейчас эффект уже не тот. Мы всё ещё чувствуем, как наши волосы поднимаются, но не становимся больше от этого.
6. Космическая травма

Если верить научной фантастике, с телом человек произойдут ужасные вещи, если оно попадёт без скафандра в космос. Однако это по большей части вымысел. Человек бы испытал некоторый дискомфорт от того, что воздух в теле бы расширился, но человек бы не взорвался, как любят показывать в голливудских фильмах. Да, жидкости в вакууме кипят, но сердечнососудистая система поддерживает кровь под давлением, так что с человеком бы всё было хорошо. И, несмотря на то, что в космосе очень холодно, человек не потеряет тепло слишком быстро. Как доказывают термосы, вакуум отличный изолятор.
На практике человек умрёт в космосе от простой недостачи воздуха. В 1965 году в вакуумной камере NASA в скафандре испытуемого образовалась утечка. Жертва выжила и оставалась в сознании около 14 секунд. Точное время, которое человек способен выжить в открытом космосе, неизвестно, но скорее всего, составляет от одной до двух минут.
7. Сжатие атомов
Атомы, из которых состоят наши тела, по большей части – пустое место. Несмотря на огромное количество атомов в нашем теле, без этого пустого места нас можно было бы сжать в маленький объём. Ядро, которое составляет большую часть вещества атома, настолько меньше всей структуры, что его можно сравнить с мухой в соборе. Если бы мы потеряли всё пустое место атомов, тело можно было бы вместить в куб со стороной в 1/500 сантиметра. Нейтронные звёзды состоят из материи, сжатой именно таким способом. В одном кубическом сантиметре вещества нейтронной звезды содержится около 100 миллионов тонн материи.
8. Электромагнитное отталкивание
Атомы, из которых состоит материя – никогда не касаются друг друга. Чем ближе они друг к другу, тем больше сила отталкивания между электрическими зарядами их компонентов. Это всё равно, что пытаться соединить два сильных магнита одной стороной. Подобное явление происходит даже тогда, когда объекты касаются друг друга. Когда вы сидите на стуле – вы не касаетесь его. Вы парите на небольшой высоте над ним, поддерживаемые силой отталкивания атомов.
9. Звёздная пыль

Возраст любого атома вашего тела – миллиарды лет. Водород, самый распространённый элемент во вселенной и важная часть нашего тела, был создан во время Большого Взрыва около 13.7 миллиардов лет назад. Более тяжёлые атомы, такие как углерод и кислород, были созданы в звёздах 7-12 миллиардов лет назад и были выброшены в космос, когда звёзды взрывались. Некоторые из взрывов были настолько сильны, что они произвели элементы тяжелее железа, которые не могут производить звёзды. Это значит, что состав вашего тела по-настоящему древний. Вы – звёздная пыль.
10. Красная кровь

Когда люди видят кровь, они предполагают, что она красная из-за железа, содержащегося в нём, а ржавчина, как всем известно, обладает красноватым оттенком. Но наличие железа в нашей крови – просто совпадение. Красный цвет обуславливается порфириновым соединением в гемоглобине, к которому прикрепляется железо. Интенсивность красного цвета гемоглобина зависит от того, присутствует ли кислород в данном соединении. Если кислород присутствует – он меняет структуру порфирина и придаёт красным кровяным тельцам более яркий цвет.
11. Вирусы

Удивительно, но не вся ДНК в наших хромосомах происходит от наших предков – некоторая часть была позаимствована из других источников. Наш ДНК включает гены, как минимум восьми ретровирусов. Это разновидность вирусов, которые использует механизмы кодирования ДНК, чтобы захватить клетку. В какой-то момент эволюции человека, эти гены были встроены в наш ДНК. Эти вирусные гены в ДНК сейчас выполняют важные функции в размножении человека, хотя они и полностью чужеродны нашему генетическому наследию.
12. Другая жизнь
Если оценивать по количеству клеток, в нас больше бактериальной жизни, чем нас самих. Тело человека состоит из 10 триллионов клеток, но клеток бактерий в нашем теле в 10 раз больше. Большинство бактерий, проживающих в нас дружелюбны – они не наносят никакого вреда, а некоторые даже полезны.
В 1920-х годах американский исследователь пытался узнать если животные способны жить без бактерий, надеясь на то, что мир без бактерий был бы более здоровым. Джеймс Рейнерс (James Reyniers) посвятил свою жизнь созданию среды без бактерий, где могли бы жить животные. Результат ожидаем. Животные могут жить в такой среде, но многие из них умирали, а те, кто выживал, должны были получать специальный корм. Такое явление обусловлено бактериями в пищеварительном тракте, помогающими переваривать пищу. Человек может существовать без них, но без ферментов, выделяемых этими бактериями, пищеварение будет сильно осложнено.
13. Оккупанты ресниц

В зависимости от вашего возраста, скорее всего у вас, есть железница угревая (ресничный клещ). Эти маленькие существа питаются выделениями сальных желез волосяных фолликул. Обычно они безвредны, но у некоторых могут вызвать аллергическую реакцию. Угревые клещи почти прозрачны и дорастают до размеров 1/3 мм, так что невооружённым глазом увидеть их невозможно. Однако если поместить ресничку или волосок из брови под микроскоп можно заметить этих существ. Клещи имеются у около половины населения Земли, а с возрастом этот коэффициент увеличивается.
14. Датчик фотонов

Наши глаза очень чувствительны и способны заметить всего несколько фотонов света. Если ясной ночью вы посмотрите на созвездие Андромеды, вы сможете разглядеть небольшое пятнышко света, видное невооружённым взглядом. Если вы способны разглядеть это пятнышко – вы видите настолько далеко, насколько возможно без использования технологии. Андромеда – ближайшая к Млечному Пути большая галактика, расстояние до неё составляет 2.5 миллиона световых лет. Фотоны, которые вы увидите, начали своё путешествие ещё тогда, когда человека ещё не было. Первым людям ещё предстояло эволюционировать. Таким образом, вы способны увидеть невообразимо далеко и смотреть в прошлое на 2.5 миллиона лет назад.
15. Число чувств
Вопреки распространённому мнению, у человека больше пяти чувств. Вот простой пример: поднесите руку на несколько сантиметров от горячего утюга. Ни одно из ваших пяти чувств не может предупредить вас, что вы обожжётесь. Однако вы можете почувствовать, что утюг горяч с дистанции и не прикоснётесь к нему. Это дополнительное чувство обеспечивается сенсорами тепла в нашей коже. Аналогичным образом мы можем чувствовать боль или знать, что мы расположены вверх ногами.
Другой быстрый тест. Закройте глаза и дотроньтесь до кончика носа. Вы используете не пять основных чувств, чтобы найти его, а проприоцепцию. Проприоцепция – чувство, позволяющее нам знать, где находятся наши части тела. Это мета-чувство, комбинирующее знание вашего мозга о том, что делают сейчас мышцы, и знание о размерах и форме тела.
16. Настоящий возраст

Как и в случае с цыплёнком, ваша жизнь началась с яйца. Однако есть большая разница между яйцеклеткой человека и куриным яйцом, из-за которой вы можете пересмотреть свой возраст. Человеческая яйцеклетка самая большая клетка организма, достигающая в диаметре около 0.2 мм. Яйцеклетка, из которой вы развились, была сформирована в вашей матери, когда она была ещё эмбрионом. Образование яйцеклетки и половины вашей ДНК, которую вы получили от матери, можно считать первым моментом вашего существования. Причём это случилось ещё до того, как родилась ваша мать. Если вашей матери было 30 лет, когда она вас родила, то на ваше 18-летие вам было около 48 лет.
17. Эпигенетическое наследование
Мы привыкли считать, что гены контролируют то, кем мы являемся физически, но гены составляют небольшую часть нашей ДНК. До недавнего времени остальные 97% ДНК считались мусором, но, как оказалось, эпигенетика – процессы, происходящие вне генов – также сильно влияют на наше развитие. Некоторые части контролируют включение и выключение генов, а другие программируют создание ключевых соединений. Долгое время было загадкой, как 20000 генов (намного меньше, чем в некоторых видах риса) могло хватать для определения того, какими мы будем. Теперь же оказалось, что и остальные 97% нашего ДНК достаточно важны.
18. Сознательное действие

Скорее всего, вы считаете, что ваше сознание находится где-то позади глаз, будто там сидит маленький человечек, управляющий остальным телом. Вы, конечно же, знаете, что там нет никаких человечков, но ощущаете, что сознание ведёт некоторое отдельное существование и раздаёт приказы телу.
На самом деле, многим управляет подсознание. Некоторые часто повторяющиеся задачи выполняются автоматически, что позволяет нам больше думать о более сложных задачах. Когда это случается, процессом управляют одни из самых примитивных частей мозга, расположенных рядом с мозговым стволом. Однако, даже осознанное действие, к примеру, поднятие предмета, начинается с подсознания – мозг активизируется до того, как вы решите выполнить действие. Учёные до сих пор ведут споры о том, когда именно срабатывает сознание, но, несомненно ясно то, что подсознание управляет большим количеством наших действий, чем мы думаем.
19. Оптический обман
Картина мира, которую мы «видим», искусственна. Наш мозг не создаёт картинку так, как это делает видеокамера. Мозг создаёт модель мира из информации, полученной от модулей, который измеряют свет, грани, искривление и так далее. Благодаря этому, мозг может устранить слепое пятно – место, где к сетчатке крепится зрительный нерв, и отсутствуют фоторецепторы. Мозг также компенсирует саккады (быстрые движения наших глаз) предоставляя фальшивое ощущение устойчивого взгляда.
Недостаток этого процесса заключается в том, что наши глаза легко обмануть. Существует множество оптических иллюзий, которые заставляют наш мозг видеть то, чего нет.