Kroppen -Vann er et problem, og kroppen din har en genial løsning
Av Howard Glicksman, 17. september 2024. Oversatt herfra {understreking og kursiv ved oversetter.]

I min siste artikkel -lenke bemerket jeg at kroppen din, som en fMultiCellulær Organisme (MCO), består av et intracellulært og ekstracellulært rom. Begge består for det meste av vann.
Etter vekt utgjør vann omtrent 60 prosent av kroppen din. Av denne totalen er to tredjedeler inne i cellene dine, dvs. den IntraCellulære Væsken (ICV). Og en tredjedel er utenfor cellene dine, dvs. den EkstraCellulære Væsken (ECV).

Hvis det er en ting alle kan være enige om, er det at enten det er encellet eller flercellulet, er livet umulig uten vann. Som biolog Michael Denton skrev i sin bok The Wonder of Water -lenke:
"Det er nesten universell enighet om at et komplekst levende system som eksternt er sammenlignbart med cellulært karbonbasert liv på jorden, bare kunne bli iverksatt i et flytende medium. Livet krever en flytende matrise. Og den optimale matrisen er vann, som bare tilfeldigvis er flytende i temperaturområdet som kreves for (meta) stabiliteten til organiske forbindelser som er unikt til å tjene som byggestenene for livet. Dette er helt sikkert et fengslende sammentreff!"

Bilde 1. Natruum-kalum-pumpe i cellemebran

Ikke overraskende, siden hovedstrøms-vitenskap antar opprinnelsen til landlig liv - fra tilfeldige kjemikalier som utviklet seg til enkle organismer, etterfulgt av utviklingen av komplekse - hendte ved de ikke-styrte prosessene som er foreslått av evolusjonsbiologi, innebærer dets søk etter utenomjordisk liv å finne vann .

Ikke så fort!
For å holde seg i live og fungere ordentlig, må en MCOs celler opprettholde kontrollen over volumet (ICV) og kjemisk innhold, og MCO selv må opprettholde kontrollen over dets ECV -volum og kjemiske innhold. "Kjemisk innhold" betyr konsentrasjonen, dvs. mengden av et gitt kjemisk stoff (som natrium eller kalium) oppløst i et gitt væskevolum, i dette tilfellet ICV eller ECV.
Tenk på kjemisk konsentrasjon og dets forhold til volum som sødme av kaffen eller te. Jo mer sukker du legger i et gitt volum, jo høyere er konsentrasjonen og dess søtere smaker den. Hvis det er for søtt, er den eneste måten å redusere sødmen å redusere konsentrasjonen av sukker ved å øke volumet av kaffe eller te ved å tilsette mer til koppen. Slik er kjemisk konsentrasjon og volum relatert til hverandre, enten det er i din kopp med kaffe eller te, eller vannet i kroppen din.

Det samme gjelder ICV og ECV. Plassen inne i cellene og utenfor cellene må ha riktig volum og riktig konsentrasjon av kjemikalier for å leve og fungere ordentlig.
I en MCO er det kjemiske innholdet i det intracellulære rommet veldig forskjellig fra det som er i det ekstracellulære rommet. Denne forskjellen må opprettholdes for riktig vev og organfunksjon, det vil si for selve overlevelsen.
Spesielt har ICV en høy konsentrasjon av kaliumioner (K+ -ioner) og protein, og en lav konsentrasjon av natriumioner (Na+ -ioner). ECV har en høy konsentrasjon av Na+ -ioner og en lav konsentrasjon av K+ -ioner og protein. Husk at forskjellene mellom det kjemiske innholdet i ICV og ECV må opprettholdes for å overleve.
Dette betyr at bare tilstedeværelsen av flytende vann (med forskjellige kjemikalier i løsningen), selv om det er nødvendig for livet, ikke i seg selv er tilstrekkelig for livet. For å holde deg i live, trenger du de riktige mengdene vann med riktig kjemisk innhold på de rette stedene, hele tiden.

Liv og død
Hvis celler (ICV) tar inn for mye vann, utvider de seg og dør bokstavelig talt ved eksplosjon på grunn av de fysiske grensene for den omkringliggende cellemembranen (som en overoppblåst ballong eller et dekk). Hvis celler (ICV) ikke har nok vann, fører det reduserte volumet og økt konsentrasjon av kjemikalier i dem, til at metabolske prosesser funksjoner feiler, som resulterer i celledød.
Hvis det er for mye vann utenfor cellene (ECV), så som nevnt for to artikler siden -lenke, i tilfelle av min hjertesvikt pasient Joe, -gjør oppbyggingen av væske mellom cellene, spesielt i lungene, det vanskeligere å puste. Det forårsaker et fall i oksygen og en økning i karbondioksid, noe som resulterer i død.
Hvis det ikke er nok vann utenfor cellene (ECV), reduserer dette blodvolumet og blodtrykket som til slutt kompromitterer blodstrømmen til vevene og organene, noe som resulterer i død.

Bilde 2. Sjanse for en levende celle ved ikke-styrte sammentreff er illusorisk

Lovene og kreftene i naturen
Uten å vurdere hvordan naturens lover og krefter påvirker livet, hevder evolusjonsbiologer at livet kom gjennom de ikke-styrte prosessene med naturlig seleksjon som virker på tilfeldig variasjon, dvs. naturens lover og krefter, alene.
Naturens lover og krefter påvirker vannet og det kjemiske innholdet i de intracellulære og ekstracellulære rommene. Faktisk, når de overlates til sine egne enheter, i stedet for å forårsake liv, forårsaker disse lovene og kreftene død ved en av de ovennevnte fire mekanismene.
I denne og to påfølgende artikler vil jeg se på noen av innovasjonene livet har kommet med for å bekjempe naturens lover og krefter, slik at MCOs kan kontrollere volumet og det kjemiske innholdet i ICV og ECV.

Diffusjon og osmose
Når to løsninger med samme oppløsning (oppløst kjemisk) men av ulik konsentrasjon er plassert på hver side av en membran, tvinger naturlovene dem til å bli de samme på hver side. To forskjellige mekanismer for dette er diffusjon og osmose.
Hvorfor er dette viktig? Grensesnittet mellom ICV og ECV er cellemembranen. Dette betyr at diffusjonskrefter og osmose alltid er på ferde mellom ICV og ECV.
Diffusjon er en passiv transportprosess over en permeabel membran, som gjør at både løsningen og vannet kan passere gjennom. Oppløsningen beveger seg fra et område med høyere konsentrasjon til et område med lavere konsentrasjon inntil konsentrasjonen på begge sider av membranen er den samme - volumet av vann på hver side endres ikke.

ICV har en høy konsentrasjon av K+ -ioner og en lav konsentrasjon av Na+ -ioner. ECV har en høy konsentrasjon av Na+ -ioner og en lav konsentrasjon av K+ -ioner. Siden cellemembranen er permeabel for både Na+ og K+ -ioner, tvinger diffusjon naturlig K+ -ioner til å bevege seg ut av cellen inn i ECV, mens Na+ -ioner beveger seg fra ECV inn i cellen.
Situasjonen resulterer i et hardt problem. Hvis diffusjonskraften ikke blir motvirket og får fortsette til sin naturlige ende, vil cellen miste kontrollen over det kjemiske innholdet (K+ ionkonsentrasjonen vil avta for mye og Na+ ionkonsentrasjonen vil øke for mye), noe som resulterer i celledød.

Bilde 3. Osmose gjennom semi-permeabel membran

Osmose er en passiv transportprosess over en semi-permeabel membran der vann kan passere gjennom, men løsningen kan ikke. Siden løsningen ikke kan bevege seg over membranen, beveger vann seg i stedet fra området med lavere konsentrasjon til området med høyere konsentrasjon inntil konsentrasjonen er lik på begge sider. Volumet av vann øker på siden som hadde den høyere oppløste konsentrasjonen og avtar på siden som hadde den lavere løsnings-konsentrasjonen.

ICV har en høy konsentrasjon av protein. ECV har en lav konsentrasjon av protein. Cellemembranen er halvgjennomtrengelig, slik at vann kan passere, men ikke de fleste proteiner. Når diffusjonskrefter får K+ -ioner og Na+ -ioner for å passere gjennom cellemembranen i motsatte retninger, får den høye konsentrasjonen av proteiner i cellen vann til å bevege seg fra ECV inn i cellen (ICV).
Denne dynamikken resulterer i et annet hardt problem. Hvis osmosekraften ikke blir motvirket og får fortsette til sin naturlige slutt, vil cellen miste kontrollen over volumet ved å la vann flomme inn og den vil dø, bokstavelig talt, ved eksplosjon på grunn av de fysiske grensene for cellemembranen

Bilde 4. Ca 1 million slike pumper pr celle utfører jobben med å morvirke naturlige mekanismer (diffusjon/osmose)

Lovene til de harde problememe
Hvis den ikke forhindres, vil denne doble effekten av diffusjon og osmose snart gjøre cellen dysfunksjonell og den vil dø. Hva skal en celle gjøre?
Tenk på hva en innovasjon (eller mer) må gjøre for å løse disse to veldig alvorlige problemene. Her er ordene til min medforfatter Steve Laufmann (en ingeniør) fra vår bok, Your Designed Body -lenke.
-Den doble erkjennelsen av at problemene er utrolig vanskelig å løse, og løsningene må være komplette (og sammenhengende), skyver oss inn i et hjørne. Hvordan kan disse to hindringene overvinnes, og samtidig? En av oss (Steve) formulerte to lover med harde problemer for å innkapsle det som vil slå erfarne ingeniører som uovertrufne truismer.
-Laufmanns første lov om harde problemer: Ingen mengde ønsketenkning vil få et hardt problem til å forsvinne. Ingen mengde magisk tenking kan noen gang løse et virkelig vanskelig problem. Å ønske at det ble løst, kan ikke gjøre det slik. Dessverre er dette alltid sant, og desto mer med de tøffe problemene kroppen står overfor i sin kamp for å være i live.
-Laufmanns andre lov om harde problemer: Harde problemer krever geniale løsninger. Bare tilstedeværelsen av et problem gjør nettopp ingenting for å få en passende løsning til å vises. Dette er fordi selve problemet ikke er en årsakskraft. Å løse problemer krever en problemløser-en med den nødvendige type problemløsningsevner. Dette er desto mer sant med livet, der verken problemene eller løsningene er trivielle.
Det viser seg at det bare tok en innovasjon - vel, egentlig, omtrent en million av dem strategisk plassert inne i cellemembranen til hver av cellene dine - for å forhindre diffusjon og osmose å forårsake ødeleggelser. Problemene var ikke trivielle, og som du snart vil se, var heller ikke den geniale løsningen det.

Pumping for livet
Tenk på hva du må gjøre hvis du eide en stor båt som stadig lekker inn vann. Du må hele tiden fjerne vannet, ellers synker båten din. Kan du tenke på en maskin som store båter bruker for å forhindre at dette skjer? Svaret er en pumpe!
Dette er nettopp den typen molekylær maskin som cellene dine har, noe som lar dem opprettholde kontrollen over volumet og det kjemiske innholdet. Akkurat som vann som lekker inn i en båt kan forårsake katastrofe, kan også K+ -ioner som lekker ut, og Na+ -ioner og vann som lekker inn i cellen, gjøre det. For å adressere dette har cellene dine omtrent en million natrium-kalium pumper i cellemembranen.
Hver pumpe består av en alfa -underenhet, bestående av omtrent tusen aminosyrer, og en beta -underenhet, bestående av omtrent tre hundre aminosyrer, alle hektet sammen i en spesifikk rekkefølge. Disse pumpene skyver stadig tre Na+ -ioner ut av cellen for hvert andre K+ -ion de bringer inn. (Se bildet øverst i denne artikkelen.)

Natrium-Kalium pumpen er innovasjonen som lar cellene dine bekjempe naturkreftene-som diffusjon og osmose-og ved å gjøre det, forhindre katastrofal celle- og MCO- død. Pumpens konstante handling reverserer den naturlige tendensen til at diffusjon prøver å tvinge væsken inni og utenfor cellen til å ha de samme konsentrasjonene av Na+ og K+ -ioner. I tillegg, ved å forhindre at Na+ -ioner kommer inn i cellen, forhindrer de også at vann kommer inn (se under).
På denne måten lar natrium-kalium pumpene cellene dine opprettholde volumet (ICV). I tillegg, ved å holde Na+ -ioner og vann utenfor cellene, opprettholder de ECV. De er hovedårsaken til at ICV har to tredjedeler og ECV har en tredjedel av det totale kroppsvannet. Og de er ansvarlige for det fysiologiske diktumet at "vann følger natrium i kroppen din."

Ingen gratis lunsj
Men det er en pris som skal betales av kroppen din for å kjempe mot naturens krefter. Jobben med natrium-kalium pumpene er som å gå mot en hardt blåsende vind. Husk at de stadig skyver Na+ og K+ -ioner i en retning som er motsatt av hvor diffusjon naturlig tvinger dem til å gå.
Denne innsatsen, som trengs for å overleve, krever enorm energi. I ro blir omtrent en fjerdedel til halvparten av den totale energibehovet i kroppen din tatt opp av millioner av natrium-potassiumpumper i hver av dine billioner celler.

Bilde 5. å benytte hjernen krever energi

Min erfaring som lege
Som hospitslege kan jeg fortelle deg at å vite hvor viktig natrium-kalium pumpen er for celleoverlevelse forklarer mye -spesielt om hva som forårsaker død.
I ro bruker hjernens nerveceller (nevroner) mest energi, og dedikerer 70 prosent til natrium-kalium pumper. Denne høye mengden energi er nødvendig, ikke bare for å opprettholde volumet og det kjemiske innholdet i nevronene, men også hvilemembran-potensialet (forskjellen i spenning mellom innsiden og utsiden av nevronen) uten hvilken de ikke kan fungere.

Den endelige fellesveien til døden, uansett årsak, er vanligvis kardiopulmonal 'arrest'. Dette er når hjertet stopper, etterfulgt nesten umiddelbart av pusten, eller at pusten stopper, fulgt like etter av hjertet, eller de begge stopper samtidig. Når kardiopulmonal arrest oppstår, er kroppen ikke lenger i stand til å hente inn nye forsyninger med oksygen, og heller ikke sende det til vevene.
Hjernestammen - den delen av hjernen som gjør deg oppmerksom, kontrollerer ditt kardiovaskulære system og ber deg om å puste - består av nevroner, som har en av de høyeste hastigheter fpr metabolisme. Gitt den viktige betydningen av natrium-kalium pumpen, hvilke celler i kroppen tror du vil være de mest utsatt for mangel på oksygen?

Uten nye forsyninger med oksygen, i løpet av få minutter etter hjerte-lunge stans, feiler natrium-kalium pumper i funksjon og celler i hjernestammen dør. Og det gjør du også, for nå kan ikke kroppen din lenger be seg selv å puste.

Evolusjonære 'forklaringer'
Husk hva vi har lært om natrium-kalium pumpen og dens komponenter:
1. Alpha -underenhet = Omtrent tusen aminosyrer.
2. Beta -underenhet = omtrent tre hundre aminosyrer.
3. Omtrent en million pumper som ligger nøyaktig der det er nødvendig i cellemembranen til alle cellene dine.
4. En pumpe kontrollerer kjemisk innhold ved å pumpe ut tre Na+ -ioner for hvert andre K+ -ion den bringer inn.
5. Den kontrollerer volumet ved å holde Na+ -ioner utenfor cellen, noe som hjelper til med å holde vannet også ute.
6. I ro står denne pumpingen for fjerdeparten til halvparten av kroppens totale energibehov.
7. Pumping opprettholder hvilemembran-potensialet til nevroner som de ikke kan fungere uten.

Se hva du synes om disse to "forklaringene" til opprinnelsen til natrium-potassiumpumpen. Fra Google KI:
"Utviklingen av natrium-kalium pumpen antas å ha sin opprinnelse i prokaryoter, mest sannsynlig innenfor metanogen archaea, med beta-underenheten som dukker opp senere med fremveksten av holozoa og gamma-underenheten i tidlige virveldyr."

Fra "Evolutionary History of Na, K-ATPases og deres osmoregulatoriske rolle" -lenke, i tidsskriftet Genetica:
"Na/K -pumpen er et nøkkelenzym for homeostase av osmotisk trykk, cellevolum og vedlikehold av elektrokjemiske gradienter. Den alfa-underenheten, som inneholder de fleste av sine funksjoner, tilhører en stor familie av ATPaser kjent som P-typen, og til underfamilien IIC. I denne studien prøver vi å beskrive evolusjonshistorien til IIC ATPases ved å gjøre fylogenetisk analyse med de fleste av de for tiden tilgjengelige proteinsekvensene (over 200) og være spesielt oppmerksom på forholdet mellom deres mangfold og deres osmoregulatoriske rolle. Vi inkluderer proteiner avledet fra mange fullførte eller pågående genomprosjekter, mange av IIC -atpaser har ikke blitt analysert fylogenetisk tidligere. Vi viser at den mest sannsynlige opprinnelsen til IIC-proteiner er prokaryotisk, og at mange av dem er til stede i ikke-metazoaner, som alger, protozoaner eller sopp."

Bilde 6. Fantasifulle forklaringer løser ikke vanskelige problemer

Tror du disse to "forklaringene" oppfyller Laufmanns første og andre lover med harde problemer? (Se ovenfor) Legg merke til at det ikke er nevnt hvor informasjonen kom fra å designe og fremstille disse pumpene. Det er ingen omtale av hvor informasjonen kom fra å plassere nok pumper nøyaktig der det trengs. Og det er ingen omtale av hvor informasjonen kom fra for pumpen til å utføre sine viktige funksjoner.

Fylogenetisk analyse, selv om den er viktig, er som å sammenligne tegningene for motoren og overføringen fra forskjellige årganger av biler. Det forklarer ikke hvor blåkopien kom fra, eller noe om fabrikasjon og grensesnitt av motoren og overføring med andre deler, og heller ikke kapasiteten til å la bilen fungere ordentlig.
Tilsvarende forklarer ikke delene i en organisme noe om opprinnelsen. Som paleontolog Günter Bechly kommenterte i en av de nylige artiklene hans på Evolution News -lenke, "Alle de smart utviklede 'det bare er slik' historiene viser seg å være ikke-støttede evolusjonære eventyr." Noen spørsmål?
Neste gang vi ser på en innovasjon i kroppen din som lar den ha tilstrekkelig blodvolum.

Bilde 5. Howard Glicksman
Dr. Howard Glicksman er allmennlege med mer enn førti års medisinsk erfaring innen administrative- og sykehusinnstillinger, som nå fungerer som sykehuslege som besøker dødssyke pasienter i hjemmene deres. Han mottok sin MD fra University of Toronto og er forfatteren av "The Designed Body" -serien for Evolution News. Glicksman videreutvikler argumentene fra denne serien i en bok medforfatter med systemingeniør Steve Laufmann, Your Designed Body -lenke (2022).

Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund