Kampen om ilten: Vores fælles forfisk har defineret evnen til at trække vejret

Vi vandt storhed og styrke, da vi lærte at trække vejret med luft. Vores lunger er geniale, men vi går stadig i fisk, når vi fx skal bestige bjerge.

(© Grafik: Lærke Kromann)

Ét ben sættes møjsommeligt foran det andet. Lungerne går som blæsebælge. Pauserne er vigtige. Her skal der pustes og prustes for at samle kræfter igen.

Sådan har en menneskekrop det oppe i de højes bjerges tynde luft, der kun indeholder en tredjedel af den ilt, vi er vant til. Det er hård kost for især vores lunger og blodkredsløb, som kæmper for at holde os på benene.

Gennem evolutionen udskiftede vi gæller med lunger, og fik til sidst møvet bagenden over vandspejlet og indtog landjorden. Og luftånding var og er en enorm gevinst.

Alligevel er det en kamp mod alle odds, når dedikerede bjergbestigere klatrer, kæmper og nogle gange når toppen af verden: Mt. Everest på 8.848 meter. Senest endnu en dansker - dog med ekstra ilt på den sidste etape.

For det er ilten i luften, som holder vores små energifabrikker i cellerne, kaldet mitokondrierne, i gang. Uden ilt, ingen energi. Og uden energi, intet liv.

Utilpasset den tynde luft på toppen

Det er intet under, at vi ikke valser på søndagstur til den øverste tinde. Vi er ikke tilpasset tynd luft med lidt ilt. Vi er tilpasset den iltrige luft, som var lige over urhavet. Vores evolution er foregået i højde med vandoverfladen.

På høje bjerge møder vi oven i købet forhindringer, som stammer helt tilbage fra vores forfædre, der trak vejret i vand.

Og luftånding var - og er - en enorm gevinst. En liter vand indeholder en tyvendedel af den ilt, som findes i en liter atmosfærisk luft med 21 procent ilt.

Specielle dyr trives uden ilt

I nutidens Danmark har Aarhus Universitets afdeling for Zoofysiologi Bioscience netop været vært for en international konference om ilt.

Konferencen blev afholdt i anledning af 80 års fødselsdagen for en af verdens førende eksperter i dyr, som trives på meget lidt ilt, professor emeritus Roy Weber.

Forskerne diskuterer netop vores fysiske begrænsninger - både i ekstreme miljøer, i sygdomssituationer og hvad vi kan lære af at studere specialiserede dyr.

For vores begrænsninger - og muligheder - hænger sammen med vores ophav.

For at forstå hvorfor turen til toppen er så hård for os mennesker, så lad os se på vores ophav til at trække vejret i luft. Vi skal helt tilbage i det tidlige hav for omtrent 400 millioner år siden.

Evolutionens største bedrift

Med fire tykke finner stager en aflang fisk sig gennem mudderet. Over vand klapper gællerne sammen og er ubrugelige. Der kommer ingen ilt til blodet, og langsom kvælning sætter ind. Fisken giver et gevaldig spring med kroppen for at komme længere op på land. Det er imod enhver fornuft. Men så trækker den luften ned i sine primitive lunger. Og lever. På land.

Livet startede i vand, og alle landlevende dyr med rygsøjle udvikler stadig anlæg for gæller i de helt tidlige fosterstadier.

De såkaldt kvastfinnede fisk var en af de fortidsarter, som udviklede primitive lunger. Og sandsynligvis var lungerne ikke så primitive endda, for fiskene tog springet op på land.

Fisken er vores 400 millioner år gamle forfader. De kvastfinnede fisk er forgænger for alle os med ryghvirvel og fire lemmer. Fra dem kommer alt fra frøer til firben, falke og flagermus.

Fisker der lever på land

Også i dag findes talrige fisk, som lever skiftevis ovenpå mudder og nede i mudrede mangrove-søer. Vi kalder dem amfibiske fisk. Og deres hjem lugter ikke af blomstrende syrener.

Rådnende plantedele gør, at den store bakterie– og algeaktivitet i perioder sluger al ilt i de små vandhuller, som i forvejen tørrer ind i den varme sæson. Altså er der god grund til, at de små fisk har udviklet en levestil, hvor de kan ty til luft, når vandet svigter.

- De amfibiske fisk gentager den allerstørste udfordring. som evolutionen nok nogensinde har klaret – nemlig skiftet fra ånding i vand til luft. Og de gør det hele tiden, siger Patricia Wright, biolog og forsker ved University of Guelph i Canada.

Amfibiske fisk er grundlæggende som os. Ved at lære mere om hvordan hele deres fysik tilpasser sig den bratte overgang fra vand til luft, bliver vi også klogere på, hvordan evolutionen klarede springet fra vand til land, supplerer Patricia Wright.

Amfibiske killifisk kan kun spise under vand, så når vandet er sparsomt og iltfrit gemmer de sig i hundredvis, helt tæt stoppet næse til hale indeni en trærod oppe på land. Her sænker de deres stofskifte drastisk og får madpakken til at vare længere. (Foto: © Andy Turko)

Ilten styrer hvor vi kan leve

Og når vi studerer mere simple udgaver af vores komplekse organer, lærer vi, forklarer Patricia Wright.

Ved at se på hvordan fiskene opdager, at det er tid til en tur på landjorden, kan vi blive klogere på, hvordan vores egne komplicerede termostater for ilt egentlig virker.

For alle dyr har målere, der overvåger den ilt, vi optager, og den CO2 vores kroppe producerer, og justerer vejrtrækningen efter, om vi har brug for mere eller mindre.

- Vi lærer fra de enkelte celler i fiskenes gælle, som registrerer ilt, og kan bruge vores viden til at forstå vores egen komplekse regulator for ilt, som ser ud til overordnet at følge samme udvikling, forklarer Patricia Wright.

Viden om vores termostater for ilt og for kuldioxid er blandt andet relevant for, at lægevidenskaben forstår og kan behandle sjældne sygdomme, hvor reguleringen af en eller anden grund er ude af kontrol.

På længere sigt kan vi måske komme tættere på at kopiere den dvale, som mange dyr går i, når omgivelserne bliver hårde.

Mon dyrene dør af vakuum?

Den lille lærkefugl flakser vildt rundt i sit fængsel. Kæmper og gisper efter vejret med vidt åbent næb. Og tilskuerne måber, da lærken - tilsyneladende helt uden grund - bliver ganske stille.

At luft er livsvigtig i en bog fra 1660 fyldt med eksperimenter, der blev nøje udført af den britiske filosof og fysiker Robert Boyle.

Boyle stoppede slet og ret Englands dyrefauna i et vakuumkammer. Alt fra bier til sommerfugle og mus beskrev han med sans for detaljen. I nutidens optik var forsøgene aldrig blevet godkendt af etisk komité.

Men han lærte noget vigtigt. For dengang var det lidt af en overraskelse, at dyrene alle døde. Døde de mon af chok og ubehag? Nej, en mus lukket inde med både pude og ost havde det glimrende. Altså indtil luften forsvandt.

Der er noget ved luft, konkluderede Boyle. I dag ved vi, at det er ilt. Robert Boyle havde trods sin noget grovkornede metode sat fingeren på pulsen. Vi kan ikke leve uden ilt.

Robert Boyles eksperimenter afbilledet i et oliemaleri med en fugl i centrum. En vinge blev brækket for at udelukke, at fuglen døde af faldet, når luften manglede. Men til stor forbløffelse og fascination for datiden døde fuglen altså alligevel. Maleriet An Experiment on a Bird in an Air Pump af Joseph Wright of Derby, malet i 1768 hænger på National Gallery, London. (© WikiMedia Commons)

Vi har en termostat som en fisk

Med lunger kunne vi større dyr indtage landjorden. Og luftånding er genialt. Et evolutionært mesterstykke.

Men lungerne var en ny konstruktion på en gammel model. Vores kredsløb og vores termostater er i store træk det samme som i fisken for 400 millioner år siden. Altså udviklet i vand. Og heri ligger en del af udfordringen ved at klatre i høje bjerge.

Det går så vidt fint i almindelig luft. Men i bjergets tynde luft bliver det et problem.

Kroppen kæmper i højden - og spænder ben for sig selv

På høje bjerge som Mt. Everest er den ilt, du skal bruge for at holde kroppen levende lig med den ilt, du får. Forbruget i hvile æder dit maksimalt mulige optag. Ganske simpelt.

Altså er der ikke ilt og dermed energi i overskud til at nå toppen. Udover grundig træning bruger de fleste bjergbestigere ekstra ilt for at klare de ekstreme højder.

- Men kroppen kan simulere sin egen iltflaske: Ved at trække vejret både dybere og hurtigere end normalt, giver vi os selv ekstra ilt. Forklarer William Milsom, der er professor emeritus ved University of British Columbia i Canada og ekspert i kroppens iltsansning.

Vi hyperventilerer os en del af vejen op ad bjerget.

Det er den indre termostat for ilt i halsen, som sætter rytmen. Carotidlegemet, som den komplekse struktur i vores hals kaldes, måler hele tiden vores ilt i blodet og styrer, hvor meget vi skal trække vejret. Ligesom de enkelte celler i fiskenes gæller måler ilt i vandet.

- Carotidlegemet sidder, hvor det er allermest vigtigt: Den sanser ilten i blodet, som kommer fra lungerne op til hjernen. Uden ilt i tre til syv minutter dør hjernen. Og på bjerget siger termostaten mere, hurtigere, fortæller William Milsom.

CO2 var ikke et problem i havet

Vores kroppe måler altså hele tiden blodets indhold af ilt. Men som vi lige var inde på, stammer vores krops grunddesign fra et liv i vand. Og tynd luft er slet ikke vores hjemmebane.

- Termostaten for ilt var den vigtigste i vand. CO2 var aldrig et problem, for i vand findes 20 gange mindre ilt end der findes i luft. Altså ’hyperventilerer’ fisk hele tiden, for at få tilstrækkeligt ilt, og dermed ryger rigeligt CO2 ud af fiskekroppen, som er lavet til et lavt indhold af CO2, pointerer William Milsom, som selv har klatret til tops på flere bjerge.

- Modsat fisk har vi mennesker tilpasset hele den kropslige balance til mere CO2. At ilt trumfer CO2, er altså et problem for en bjergbestiger.

Med hyperventilering kommer der mere ilt i kroppen, men kuldioxiden forsvinder også. Og så bliver vores vigtige syre-base balance i kroppen forskubbet, pH bliver forkert, og det hele sejler bogstaveligt talt.

Menneskekroppen tager lang tid om at indstille en ny balance. Det er nyrerne, som kommer på arbejde. Det er en del af årsagen til, at professionelle bjergbestigere bruger lang tid på at akklimatisere sig til de tynd-luftede forhold i bjergenes basecamps.

Verdens top for evolutionens topmål?

At bestige verdens højeste bjerg uden ekstra ilt er endnu ikke lykkedes for nogen dansker. For nyligt besteg Jakob Urth Mt. Everest, men han måtte på det sidste stykke supplere med ilt på flaske – mod den oprindelige plan.

- Jeg var nødt til at tage en beslutning om at fortsætte eller vende om. Jeg havde ikke mere energi, sagde Jakob Urth til TV2 få dage efter hans tur på den højeste spids.

Ekstra ilt muliggjorde produktionen af mere energi. Og beslutningen om at fortsætte med ilt resulterede i pladsen som den 18. dansker på verdens top.

Højder som Mt. Everest er en ekstrem situation regnet i iltbudget alene, og vi mennesker er som udgangspunkt ikke egnede til så vilde højder. Dér har vi det for alvor som en fisk på land. Og det er måske ikke så underligt.

Vores kroppe følger den bauplan, vi kommer fra, og det var et liv i vand. Vi behøver næppe endnu 400 millioner års evolution for at finde på teknologi og genmanipulative løsninger, der kan omgå vores evolutionære rødder, når de spænder ben for os. Om det er i bjergbestigning eller i at nå andre mål.

Vi kan stadig lære af vores forfædre. Eller skal vi sige forfisk.

Inge G. Revsbech er PhD i Dyrs Fysiologi fra Aarhus Universitet