2.0 Drevet av ild
Energi kan ikke oppstå eller forsvinne, bare ta nye former. Dette er den første termodynamikkloven. Loven, eller teorien, er universell. Alt i verden styres etter den, også kropper. Energi er enkelt sagt det som kan få noe til å skje. Det kan for eksempel være stråleenergi, bevegelsesenergi, kjemisk energi og mer. Den andre termodynamikkloven er noe mer innviklet, men den handler om orden og uorden, om entropi. Entropi som konsept er et slags mål på uorden. I det universet vi lever i, ser det ut til at retningen alt tar er mot større grad av uorden. Men innimellom skapes det svært ordnede strukturer og systemer. Slik som det en kropp er. En kropp er satt sammen av svært mange ulike grunnstoffer og et gigantisk antall atomer og molekyler. Alle er satt sammen på en spesifikk og ordnet måte og for å skape orden av uorden må det tilføres energi. En kropp er et ganske ordnet system og for at den skal fortsette å være ganske ordnet, det vil si fortsette å leve, må ordenen opprettholdes. Når vi dør går vi i oppløsning og alle bestanddelene som utgjorde oss blir fordelt og spredt og vil med tid inngå i nye ordnede systemer bygd opp av andre energikrevende prosesser.
Dette viktige prinsippet om at vi trenger energi, altså energi i fysikkens betydning, ikke opplagthet eller mentalt overskudd (selv om dette er tett knyttet til kroppens energiprosesser), har alt å si for vår væren som kropper. Hele vår adferd er styrt av kroppens energiprosesser som er der for å opprettholde orden og hindre uorden i den ansamlingen av celler og molekyler som er oss.
2.1 Kloroplast – urmoderen
A man walks down the street
He says, «Why am I soft in the middle, now?
Why am I soft in the middle?
The rest of my life is so hard
Paul Simon
Om du spør hvorfor kroppene våre er som de er, kan svaret starte så langt tilbake som du måtte ønske å gå. De tyngste grunnstoffene i kroppen din ble laget i midten gigantiske fusjonsreaktorer vi kaller stjerner for milliarder av år siden. Vi er svært gamle, selv om vi er satt sammen på nytt av de samme gamle og fundamentale byggesteinene. Historien bak vår funksjon som organisme (eller var det økosystem?) er nesten like gammel som jorda selv. Men én ting er sikkert, om vi ønsker å forstå oss selv, må vi forstå energi og historien om vår energiomsetning.
For ca. 2 milliarder år siden, i ursuppa som med tid skulle bli til nåtidens hav, ble en liten cyanobakterie omsluttet av en annen encellet organisme. Hvorfor den ble omsluttet vet vi ikke, vi vet bare at det skjedde. Kanskje ble den omsluttet for å bli spist eller kanskje fordi den hadde som mål å leve som en parasitt i den andre encellede organismen. Men det var ingen av disse potensielle årsakene som ble den egentlige følgen. I stedet inngikk de to cellene det mest fundamentale og kanskje mest langvarige samarbeidet i hele jordas historie. Cyanobakterien kunne noe ingen andre kunne, den kunne bruke stråleenergien fra sola til å sette sammen vann og karbondioksid til nye stoffer. Vi kaller det fotosyntese, som betyr å skape av lys.
Den omsluttede cyanobakterien inngikk et samarbeid med sin vertscelle og over tid ble denne cyanobakterien til en integrert del av den større cellens cellevæske. Den ble en liten organell, en organell vi nå kaller kloroplast. Det var dette samarbeidet som tillot den etterfølgende utviklingen av i flercellet liv på jorda. Fra denne encellede ur-moren med sin lille passasjer, står nå etterkommere som er 100 meter høye og veier mange tusen kilo. Vi kaller dem trær. Disse etterkommerne er satt sammen av et enormt antall celler, hvorav mange har nettopp kloroplaster i seg. Kloroplastene bruker solenergien som drivkraft til å lage stoffene plantene er bygd opp av – en organisk maskin drevet av stjernestråler og motoren er kloroplastene med sitt klorofyll, hvis fotosyntese enda ikke er fullt forstått. Fysikere har for eksempel nylig oppdaget at prosessen er en kvantemekanisk prosess.
Kloroplaster er i praksis som en batterilader. De får sin energi fra sola og bruker den til å «lade opp» et stoff kalt adenosin-tri-fosfat (ATP, P står for Phosfate som er fosfat). ATP brukes deretter som et batteri til å drive alle prosesser i den plantebaserte organismen. Alle prosesser krever energi, og energien er lagret i ATP. Når ATP brukes blir det utladet ved at det gir fra seg en fosfatgruppe. Det kloroplaster gjør, er å bruke solenergien til å sette på fosfatgrupper på utladet ATP. Vi kaller prosessen fosforylering. Hos planter brukes ATP først og fremst for å bygge opp karbohydrater, fett og proteiner. Planter består akkurat som mennesker av alle disse stoffene, men planter er spesielt rike på karbohydrater. Det er i stor grad karbohydratene som gir plantene sin integritet og stivhet og den kommer fra karbohydrater som stivelse, cellulose eller lignin. Dyr derimot, består mest av fett og proteiner og lite karbohydrater, ettersom vi får vår integritet fra andre stoffer. Siden kloroplaster for langt tilbake siden var en egen organisme, kan ikke planter lage nye kloroplaster. De må arves gjennom celledeling. Det betyr at kloroplaster fortsatt har sitt eget originale DNA, det som en gang var oppskriften på en egen organisme. Alle kloroplaster i verden stammer fra denne ene opportunistiske urkloroplasten.
Men i forkant av dette ursamarbeidet, skjedde en annen av de viktigste hendelsene i jordas historie – en hendelse som enda mer forklarer hvorfor vi som er dyr er som vi er og hvorfor du nå får høre at blåbær er sunt. Hendelsen var en katastrofe – den kanskje største i jordas historie. For i jordas urhav vokste fort antall cyanobakterier som kunne bruke sollys til å sette sammen karbondioksid og vann til nye molekyler. Men i denne prosessen ble det produsert et restprodukt som ble sluppet rett ut i atmosfæren. Det var den dødelige gassen oksygen. Gradvis ble det atmosfæriske nivået av oksygen så høyt at det tok livet av nesten alt liv som eksisterte på jorda. Denne masseutryddelsen for ca. 2,4 milliarder år siden kalles derfor innimellom for Oksygenkatastrofen og den var så katastrofal fordi livet som eksisterte på jorda på dette tidspunktet ikke var forberedt på så høye nivåer av oksygen.
Nå vet jo vi at vi trenger oksygen. Samtidig lærer vi at for å slukke en brann, kan vi ta bort oksygenet. For det er verdt å huske, at selv om vi ikke kan leve uten oksygen, er det også et livsfarlig stoff. Oksygen er svært reaktivt. Vi finner det langt til høyre i den periodiske tabellen hvor de mest reaktive stoffene er plassert. Det dette betyr, er at disse stoffene bare trenger å få «tilført» noen få elektroner, to i oksygen sitt tilfelle, for at det skal bli langt mer stabilt. Oksygen kan oppnå dette ved blant annet å slå seg sammen to og to atomer til O2. Ofte slår det seg sammen med to hydrogenatomer og blir H2O. Slike grunnstoffer som lett «stjeler» elektroner fra andre stoffer er fundamentalt farlige og blant dem finner vi stoffer som klor, fluor og svovel.
Oksygen er grunnen til at vi har ild. Ild er en oksidasjonsprosess, det vil si at oksygen reagerer med andre stoffer og danner nye stoffer. I tilfellet med ild skjer prosessen så fort at det dannes lys og varme. Når vi brenner ved, reagerer oksygen med karbonet i veden og danner CO2 som er ett karbonatom koblet til to oksygenatomer. Karbonet i veden er i hovedsak i form av lange karbohydrater som i sin tid ble satt sammen av kloroplastene. Karbohydrater består, som navnet hinter om, blant annet av karbon og hydrogen (i tillegg til oksygen). Når planter lager karbohydrater starter de med å lage en av de enkleste av dem alle, glukose (druesukker). Glukose kan pakkes sammen til andre stoffer som cellulose eller stivelse. Planter kan lagre energi til seinere bruk i blant annet stivelsesrike røtter og knoller (som vi ofte liker å spise). Dyr lagrer også karbohydrater til seinere bruk på samme måte som planter, men vi lagrer det som glykogen. Det skal jeg komme tilbake til. Karbohydratene i veden er lange og komplekse og vi kan, i motsetningen til en del andre dyr, ikke fordøye dem for å få energi til å drive kroppene våre. I stedet kan vi brenne veden i ovnen eller på bål og der setter vi i gang en kjemisk reaksjon med oksygen som gir oss varme.
Oksygen reagerer ikke bare med karbohydrater. Vi vet at fett brenner godt. Fett består også av karbon, hydrogen og oksygen. Planter kan inneholde varierende mengde fett. Bjørkenever inneholder mye fett og brenner derfor godt. Fett er en mer effektiv måte å pakke sammen atomer på og gir derfor fra seg ca. dobbelt så mye varmeenergi som det karbohydrater gir når det brennes. Oksygen kan også få fett til å harskne og smake vondt. Derfor oppbevares fett ofte i tette beholdere. Men oksygen reagerer ikke bare med karbohydrater eller fett, det kan også få harde metaller til å ruste, korrodere og smuldre opp. Rust er også en oksidasjonsprosess, akkurat som ild. Den går bare mye saktere og da får vi verken lys eller merkbar varme. Dyr, og mennesker inkludert, «ruster» også i møte med oksygen og det er derfor det er så farlig for oss. Heldigvis er alle vi som lever nå etterkommere av det livet som overlevde oksygenkatastrofen for ca. 2,5 milliarder år siden. Vi lever nå blant annet fordi våre forfedre utviklet beskyttelsesmekanismer mot oksygenskader, eller rust om du vil.
Mitokondriene i våre celler er små forbrenningsovner som lager anvendbar energi i form av oppladete ATP-molekyler. I de vevene som trenger mye energi, slik som i musklene kan det være flere tusen mitokondrier i én enkelt celle. Bevegelse er svært energikrevende. Men det å bli drevet av forbrenning kommer med en pris. I forbrenningen dannes reaktive oksygenstoffer som ruster oss fra innsiden og for å beskytte oss mot disse, trenger vi antioksidanter. Det er antioksidanter som gjør at vi kan være en kropp basert på brenning av næringsstoffer (oksidasjon) og som gjør av vi nå kan leve i en atmosfære med så mye oksygen som for lenge siden var nok til å ta livet av nesten alt liv på jorden.
Antioksidantene binder seg til eller uskadeliggjør oksygenstoffer som kunne rustet oss fra innsiden. Dette merkelige fenomenet som er aldring, som vi overraskende nok ikke forstår helt, antas i hovedsak å være et resultat av oksidering. Det å være en kropp, er å eldes. Delene vi består av blir ikke bare byttet ut og fikset på slik at alt ved oss holder seg stabilt. Hadde de gjort det kunne vi levd evig. I stedet slites vi gradvis ned og selv om noen deler ved oss lett kan byttes ut og fikses, er det deler ved oss som ikke kan fornyes samtidig som vår evne til å fornye oss selv gradvis svekkes. Cellene våre har et begrenset antall mulig celledelinger før de blir dårlige. Endestykkene på DNA-et vårt, kalt telomerer, blir kortere for hver deling og begrenser vår evne til fornyelse og ungdommelighet. Telomerer blir kortere om de blir utsatt for mer oksidativ skade, det vil si, skade fra oksygen eller restprodukter fra forbrenning i kroppen. Økt oksidativ stress gjør at vi lever kortere og eldes raskere gjennom denne mekanismen (Barnes et al., 2019). Alt fra miljøgifter og stråling til helt vanlig stress i hverdagen øker graden av oksidativ skade på DNA-et vårt og spiser av vår potensielle tid som kropp.
Antioksidanter hjelper med å redusere skadene vi får fra oksygen, men det er ikke så lett som at det hjelper å spise litt blåbær. De sterkeste antioksidantene vi har, lager vi selv i kroppen vår. Dette er antioksidanter som glutation peroksidase eller superoksid dismutase. Mange tror man må spise frukt og bær for å få i seg antioksidanter. Men det stemmer ikke. Kroppens egne er nok og så tyder noe forskning på at det innimellom kan være godt med litt ekstra fra kosten. Glutation peroksidase dannes i kroppen vår fra stoffer som kommer fra mat, blant annet fra svovelrike matvarer slik som animalsk mat. Trening kan også øke nivået av glutation og dermed øke vår evne til å uskadeliggjøre skadelige oksygenstoffer, noe vi naturlig nok trenger mer av etter trening, ettersom vi da forbrenner så mye mer og bruker så mye mer oksygen. Et interessant perspektiv i denne sammenhengen, er at trening er det vi kaller en stressor. Kroppens celler blir stresset av treningen og treningen er i seg selv nedbrytende. Heldigvis er kroppen vår laget slik at om den får hvile og god ernæring etter en slik belastning, vil den ikke bare bygge seg opp igjen til nivået før treningen, men bygge seg opp litt ekstra. Om vi så trener igjen og gjentar prosessen, vil vi gradvis kunne bli sterkere eller mer utholdende. Det er dette som er prinsippet om belastning og tilpasning. Og når vi trener så er reaktive oksygenarter ett av disse signalene i kroppen som utløser en slik gjenoppbygning. Studier tyder på at høyt inntak av antioksidanter etter trening vil kunne redusere dette signalet om å bygge seg opp igjen og dermed gi dårligere treningsresultater.
Litteratur
Barnes, R. P., Fouquerel, E., & Opresko, P. L. (2019). The impact of oxidative DNA damage and stress on telomere homeostasis. Mechanisms of Ageing and Development, 177, 37-45. https://doi.org/10.1016/j.mad.2018.03.013
Pål Jåbekk 
Legg igjen en kommentar