Kategori: Vetenskap

Kategorier
Hälsa Kultur Språk Vetenskap

Neurogenes och neuroplasticitet

James Bond lär ska kunna prata åtta språk utöver sitt modersmål, varav några flytande och utan brytning. Ingen skådespelare har dock övertygande kunnat simulera den förmågan i filmens värld, vilket kanske mest illustrerar att en sådan grad av polyglottism är ovanlig bland engelsktalande personer.

Utanför fiktionen har vi den svenske, ahem, superhjälten Kapten Zoom, eller Anders Tegnell som han vanligen kallas, som sägs kunna tala fem språk flytande och dessutom har hela raddan av körkort. Det senare har förvisso även jag, och jag behärskar samtidigt långt fler språk än Tegnell, utan att någon för den skull har förväxlat mig med Bond eller tagit mig för en agent.

Flerspråkighet är annars norm i världen, och det är i själva verket anglosfären som är det makabra undantaget. Det är kanske därför man där gärna förknippar språkförmåga med intelligens och talang mer än på annat håll, där det mestadels är en fråga om att lära sig i unga år när hjärnans plasticitet är som störst. Vi förknippar vanligen inte Afrika med intelligens, men det är annars där man pratar flest språk.

Hjärnan stelnar därefter till i vuxen ålder. Det blir visserligen inte svårare att lära nytt, utan tvärtom kan man med hjälp av sin erfarenhet och tidigare kunskaper lära sig språk och annat betydligt snabbare än barn med större plasticitet. Men inlärningen blir vanligen inte ideal, utan lämnar imperfektioner i form av brytning i språk och mindre agilt beteende, medan ett barn uppnår fulländning i motorisk och språklig förmåga.

En intressant frågeställning gäller om man kan mjuka upp en stel hjärna och odla nya neurala nätverk, för att därmed kunna lära bättre och även hålla den grå massan frisk och fri från död vävnad som tenderar att lagras med ålder, det vill säga om den vuxna hjärnan är förmögen till neurogenes och förbättrad neuroplasticitet i någon högre grad. Man trodde länge att svaret är nej, och att hjärnan är en rigid struktur som inte kan påverkas mer än marginellt.

Men det visar sig att sådan neurogenes förvisso är möjlig, och att den kan styras genom frisättning av signalproteinet BDNF (brain-derived neurotrophic factor), en nervtillväxtfaktor som stimulerar nybildning och differentiering av hjärnceller. Med sådan neurogenes kan man således förbättra sin kognitiva förmåga, samtidigt som slaggprodukter rensas bort och risken därmed minskar för såväl neuropsykiatriska och psykiska sjukdomar som demens i högre ålder.

Följdfrågan blir då hur man frisätter BDNF, och om man får tro boulevardspressen och skräptabloiderna handlar det om att stoppa i sig blåbär, gojibär och andra «superbär», eller att inmundiga någon annan produkt som någon krämare vill kränga. Rödvin (resveratrol) hör till en annan kategori av «superlivsmedel» som sägs kunna «boosta» hjärnan och förlänga livet på en och samma gång, nämligen om man dricker tusen glas…

Det finns dock ett antal skäl till att «superbär» och annan kommersiell smörja inte är annat än en marknadsmässig ploj, samtidigt som fungerande metoder att öka BDNF-frisättning mer handlar om att inte äta, det vill säga att fasta, och om att utöva motion, allra helst i kombination med varandra.

Biokemin är komplicerad, men väldokumenterad vid det här laget. Motionens roll har varit känd ganska länge, medan effekter av periodisk och annan slags fasta är av nyare slag. Det visar sig att båda ger upphov till neurogenes, men att särskilt motion bidrar till att nybilda stamceller för vidare neurogenes och förbättrad neuroplasticitet.

Fasta har en motsvarande funktion i övriga organ, där autofagi är den process som angriper dysfunktionella celler och bygger nytt av materialet, och där stamceller nybildas efter några dagars vattenfasta. Autofagi kan av lätt insedda skäl inte fungera i hjärnan, utan det finns där andra städmekanismer och motsvarande funktioner.

Metabolisk stress i form av fasta och motion bidrar alltså till att föryngra både kropp och knopp, men bara under förutsättning att man under ätperioder verkligen fyller kroppen med erforderliga näringsämnen. Inte «superbär», men väl en balanserad kost med fett och protein som huvudsaklig energikälla och färre inslag av kolhydrater, särskilt socker och andra snabba varianter.

Vidare kommer ingen tillväxt att ske om man inte också använder muskler och hjärnceller, exempelvis genom att lära nytt. Du lär dig kanske inte lika bra som ett barn, men din japanska och koreanska blir avgjort vassare med en livsföring som inbegriper fasta, motion och nyttig kost.

Kategorier
Politik Vetenskap

De långa serierna

Klimatet är inte en vetenskaplig fråga, utan en politisk. Det är därför journalistiken är så oerhört involverad i frågan, samtidigt som den är helt frånvarande i vetenskapliga frågor utan politiska konnotationer, som existensen av tetrakvarkar och dess betydelse för standardmodellens giltighet.

Journalistiken är inte objektiv, utan ideologisk. Den strävar efter politisk förändring, med argument som vädjar till massorna för att åstadkomma ett populistiskt moment för sådan förändring, argument som i vetenskaplig mening ibland gränsar till komik.

När FN:s klimatpanel – en politisk kropp – släpper sin senaste rapport blir den mediala rubriken således: «Så här varmt har det inte varit på 100 000 år», en utsaga i syfte att antyda att något alldeles särdeles extremt är i görningen, en apokalyptisk varning om att slutet är nära förestående, och att vi måste göra något åt detta förmodade problem.

I själva verket är det precis där klimatet ska befinna sig, alldeles oavsett människans påverkan. Det är de så kallade milankovićcyklerna som med precision bestämmer klimatförändringar givet periodiska variationer i jordens axellutning, excentricitet och precession. De tre variablerna påverkar varandra med olika perioder, men man kan urskilja två huvudsakliga periodciteter om 41 000 respektive 100 000 år.

Milankovićcykler, jordens klimatiska hjärtslag.

Det är klimatets hjärtslag, med snabb uppvärmning under några årtusenden, följt av en långsam nedkylning. Givet allt annat lika skulle mänskligheten i den kommande framtiden ha att se fram emot en sådan nedkylning, med slutligt resultat i ännu en nedisning, som helt skulle omöjliggöra liv i Nordeuropa och orsaka ett betydligt torrare klimat på sydligare breddgrader, med omfattande inslag av både kalla och torra öknar, som under den senaste nedisningen. Det skulle vara slutet på den mänskliga civilisationen.

Civilisationen i fråga är blott tio tusen år gammal, och har under den tiden åstadkommit förändringar i klimatet genom att skövla och bränna skog, med en accelererande fas sedan den industriella revolutionen. Man skulle kunna hävda att såväl befolkningsexplosionen som förbränningsmotorn har räddat den mänskliga civilisationen från en säker undergång genom nedisning, om man betraktar de långa serierna.

Om man tvärtom studerar de korta serierna, det vill säga under sekler, är det givetvis så att hastigheten i förändringar i koldioxidnivåer och temperatur är snabbare än vid de tidigare glaciala stadiernas slut. Människans påverkan har i det korta perspektivet givna konsekvenser för issmältning och havsvattennivåer, likväl som för rörigare väder, och man kan förstå att det upplevs som ett problem.

Men i relation till en nedkylning, som annars hade varit fallet, är det faktiskt ett angenämt problem, och det leder inte till värre konsekvenser än att de kan hanteras organiskt av de generationer som har att hantera byggnation av infrastruktur under nya och dynamiska förutsättningar.

Det är en naiv mänsklig föreställning att jorden präglas av konstans, för det gör den inte, alldeles oavsett vår existens och vår påverkan. Konstansen räcker för sekler av planering, men man kan inte räkna med att kustlinjer ska gälla i tusentals år – det har de aldrig någonsin gjort.

De långa serierna

Studerar man de riktigt långa serierna kan man notera att vi befinner oss i en osedvanligt kall period med extremt låga nivåer av koldixid, i ett ishus snarare än ett drivhus. Ishus är inte jordens normala tillstånd, men det är det vi människor tror är vårt naturliga – vi som ursprungligen är ekvatordjur.

Det finns alltså gott om utrymme för att ny biomassa i form av flora och fauna ska suga upp koldioxid från atmosfären och småningom stabilisera klimatet på en ny och varmare nivå, slutligen utan de polarkalotter som definierar vår istid. Det blir ingen «tipping point» mot en skenande uppvärmning likt Venus, eftersom jorden helt enkelt inte har erforderlig mängd kol för att åstadkomma ett sådant scenario.

Det sagt kan man givetvis ha förståelse för att man vill undvika allt för drastiska förändringar under allt för kort tid, och det åligger oss således att bättre kontrollera atmosfärens proportioner av gaser. Det är en vetenskaplig och teknisk fråga om att reducera utsläpp och nyttja annan teknik för att utvinna energi, men också en politisk.

Kanske politiken kan bidra något med sina planekonomiska ambitioner att tvinga marknaden till förändringar, men om man samtidigt vänder bort blicken från populationsfrågan och den vidare befolkningsökningen, lär det inte räcka särskilt långt. Koldioxidutsläppen kan inte minska om man inte samtidigt reducerar populationen.

Populationsstorleken är också nyckeln till andra problem, som överutnyttjande av resurser, nedskräpning och inte minst förekomsten av nya virus när vi tränger undan naturliga habitat och allt mer kommer i kontakt med djur som härbärgerar sådana organismer.

Reproduktiv skyddsassistens till Afrika samt en global födelsepolicy i syfte att minska populationen skulle således göra underverk för klimatambitionerna, medan man med de sedvanliga metoderna bara står och stampar på samma fläck, tid in och tid ut – när nästa IPCC-rapport kommer är det samma gamla visa igen.

Kategorier
Afrika Politik Vetenskap

Befolkningskomponenten i klimatfrågan

Under sommarens coronapaus växlar statstelevisionen över i en rödgrön agendadrive om klimatet, varvid man lyfter på varje sten för att riktigt jaga bränder överallt i världen. Och om det inte är för varmt, så är det för mycket vatten som släcker bränderna, eller på annat sätt «extremväder» – normala variationer, som vi andra säger.

För ändamålet har man en särskild «klimatkorrespondent» med väl tilltagen rondör, vars extra kilon ständigt transporteras världen över med flyg för vidare dystopiska rapporter om att vi snart antingen brinner upp eller dränks, eller båda två samtidigt. Statsreportern lever inte riktigt som hen lär, utan har ett utomordentligt stort klimatavtryck jämfört med oss andra.

I den observationen ligger det faktum att koldioxidutsläppen är en funktion av just mängden människor, och att det knappast är någon idé att skylla problemet på abstrakta företeelser som länder eller «rika personer». Rik blir man nämligen på en marknad av människor som köper gods, och länder är inget annat än en samling människor med en viss produktions- och konsumtionsnivå, inhemsk eller importerad.

Premissen hos den rödgröna klimatrörelsen är att människor på södra halvklotet inte släpper ut några större mängder växthusgaser, och att problemet därför är den industrialiserade och rika världens aktivitet snarare än överbefolkning. Konklusionen av en sådan premiss tycks vara att den rika världen måste närma sig den fattiga, det vill säga sluta resa, sluta producera och sluta konsumera, och att lägga sig på en asketisk indiers levnadsnivå.

I själva verket är premissen och därmed också konklusionen felaktig. Människor på södra halvklotet släpper i dag inte ut några växthusgaser i större omfattning, men det gjorde inte heller Kina för femtio år sedan. Tanken att Afrika kommer att stå kvar på samma utvecklingsnivå är feltänkt, utan man kommer att göra om samma resa som Europa och Asien.

Till yttermera visso är det huvudsakligen i Afrika den vidare befolkningsökningen kommer att äga rum, med ytterligare tre miljarder (!) afrikaner fram till sekelskiftet. En miljard kanske emigrerar till Europa, medan huvuddelen kommer att vara del av våldsam afrikansk tillväxt med allt större mått av urbanisering i afrikanska megastäder.

Alla dessa afrikaner kommer på samma sätt som européer och asiater att vilja ha produkter som mobiler, datorer, teveapparater, tvättmaskiner, torktumlare, kylskåp, frysar, bilar, gräsklippare, plastleksaker och så vidare, samtidigt som även de vill se Louvren, kinesiska muren och Grand Canyon med egna ögon.

All denna turism, konsumtion, produktion och transport kommer således att ytterligare generera utsläpp av växthusgaser, och alla dessa människor kommer att yttermera anstränga världens resurser i form av jordbruk, fiske, sötvatten med mera. Detta alldeles oavsett om teknisk utveckling kan reducera utsläppen av fossil förbränning, för fullständig reduktion går inte att uppnå.

Allt mer energisnål och raffinerad teknik kompenseras således av såväl fler människor som fler prylar och transporter per person, och därmed finns inga förutsättningar att reducera utsläppen av växthusgaser utan att också reducera befolkningen. I vart fall inte utan att i grunden rasera det moderna samhället, införa global planekonomi, sätta punkt för ekonomisk tillväxt och därmed inträda i en ny medeltid eller återgå till jägarstadiet.

Själv är jag av åsikten att den globala uppvärmningen i huvudsak är av godo, att det visserligen kommer att skvalpa lite längs kusterna, men att biomassan kommer att öka väsentligt när kallare regioner värms upp – kolet binds småningom i ny växtlighet, och därmed stabiliseras klimatet på en ny och varmare nivå, en för människan mer angenäm nivå än i nuvarande ishus, med större areal för odling.

Men om man ändå vill reducera utsläppen av oro för att världen ska gå under i en apokalyps eller ett brinnande inferno, så måste man nog adressera befolkningskomponenten, för den är helt avgörande för utfallet. Koldioxidutsläppen är den samlade summan av varje enskild människas bidrag, och vi ser helt enkelt inte att detta delta minskar.

Utsläppen av koldioxid är numera en linjär funktion av befolkningsstorleken.
Kategorier
Kultur Teknik Vetenskap

Interstellärt

Föreställ dig en farkost byggd i rymden, utanför jordens gravitationsfält. Syftet med farkosten är att företa en resa till någon närbelägen stjärna, exempelvis Alfa Centauri på 4.37 ljusårs avstånd, för att se om systemet härbärgerar någon planet lämplig för mänsklig kolonisation.

Frågan är då vilka fysikaliska begränsningar som finns för en sådan resa, med avseende på restid, farkostens vikt, erforderlig bränslemängd, maximal hastighet som kan uppnås med mera. Man kan i förstone tänka sig konventionella drivmedel för raketer, i ett accelererat förlopp utan att ta hänsyn till inbromsning vid ankomsten.

Man kan här för enkelhetens skull också tänka sig att vår farkost finns i en gravitationsfri lagrangepunkt i jord–solsystemet, och att den vidare färden sker utan gravitationell påverkan. I verkligheten skulle man behöva lämna solsystemet för att få ett friktionsfritt förlopp, och i själva verket skulle man förstås nyttja solsystemet som en slunga för att få gratisskjuts. Det är perturbationer som dock inte är relevanta för vårt tankeexperiment.

Vårt system består således av en massa m(t), som omfattar såväl fordonet som dess bränsle, och som varierar med tiden allteftersom vi förbränner bränslet. Newtons andra lag ger en acceleration a = dv/dt = -F/m(t) = -Rve/m(t), där R betecknar ett konstant massflöde av nyttjat bränsle (kg/s) och ve är utsläppshastigheten av sagda bränsle (m/s).

Om vi betecknar den ursprungliga massan för systemet m₀ och den slutliga massan efter att ha accelererat till marschfart mf under tiden ∆T, kan det konstanta avgasflödet skrivas R = (m₀ – mf)/∆T, som i detta konstanta förhållande är det samma som differentialen dm/dt. Termen dv/dt integrerar vi sålunda för att erhålla den uppnådda hastigheten: ∆v = ∫dv/dt = -ve·∫1/m(t) dm/dt = [ln m] för intervallet [m₀, mf].

∆v = ve·ln(m₀ / mf) är raketekvationen, och den bestämmer helt och hållet de fysikaliska villkoren för vår resa. Eftersom det är en resa med människor ombord kan vi tänka oss en bekväm acceleration om a = 1g = 9.8 m/s² för att simulera jordens gravitation. Kalkylen här är a = dv/dt = g, som ger hastigheten v(t) = ∫g dt = gt, samt distansen d(t) = ∫g dt = ½gt². Vilken hastighet vill vi nå?

Eftersom resan är 4.37 ljusår vill vi komma fram inom mänsklig livslängd. Med tio procent av ljushastigheten skulle det ta 43.7 år att företa resan, plus lite extra tid för acceleration och inbromsning. Med v = 0.1c = 3·10⁷ m/s får vi t = v/g = 35 dygn, en försumbar tid. Även relativistiska effekter är marginella.

Med ∆v = 0.1c kan vi även se vad det innebär för massförhållandena mellan farkost och bränsle, nämligen enligt ∆v = 0.1c = ve·ln(m₀ / mf). Termen ve beror av teknik och bränsletyp, men i vårt antagande om konventionell drift med flytande syre och väte har vi ve ≈ 4 400 m/s.

Det ger ∆v / ve = ln(m₀ / mf), eller m₀ = mf··e∆v / ve. Om vi antar en ultraslimmad modul om mf = 20 000 kg omfattande ett par individer och all utrustning som krävs för att driva farkosten och upprätthålla ett ekosystem under drygt fyrtio års tid, har vi med siffror att det totala initiala massystemet är m₀ ≈ 20000·e6818 = 2·10⁴·102961 = 2·102965 kg. Som en jämförelse är det observerbara universums massa 1053 kg.

Om vi istället skulle nöja oss med en mer modest hastighet om 11 190 m/s, eller jordens flykthastighet, hade det räckt med 254 ton bränsle, eller 12.7 gånger modulens vikt, men då hade det å andra sidan tagit 117 000 år att tillryggalägga sagda sträcka.

Av detta förstår vi att interstellära resor inte är praktiskt möjliga med konventionell teknik, och det finns heller ingen möjlighet att eliminera raketekvationen. Den sätter en gräns för det möjliga, och kräver exponentiellt större mängder bränsle för högre hastigheter. Det är av den anledningen traditionell rymdfart inom solsystemet bedrivs med hjälp av gravitationella slungor, för att det annars skulle krävas så mycket mer bränsle.

Även om man kan spekulera i hypotetiska «fotonraketer» och andra slags konstruktioner för att överkomma raketekvationens barriärer, förblir det en formidabel utmaning att skicka farkoster mellan närbelägna stjärnor, och i praktiken omöjligt att bedriva längre äventyr i galaxen, i vart fall bemannade sådana. Raketekvationen är en fysikalisk gräns, inte en teknisk.

Härav följer också att det aldrig någonsin kommer att finnas något «moderskepp» redo att företa en invasion av jorden, och knappast heller någon mindre farkost i syfte att observera oss. Det senare skulle förutsätta en närbelägen civilisation, vilket i sig är en osannolik hypotes. Fysiken och oddsen är alltså inte på ufologernas sida.

Kategorier
Kina Vetenskap

Homo longi

Man hittar arkaiska människotyper på löpande band i Kina, och varje gång det sker vill forskarlaget bakom upptäckten gärna skilja ut sig från mängden och hävda att det rör sig om en ny art. Massmedier hänger sedan på med sensationella artiklar om att människans utvecklingshistoria måste skrivas om.

Senast i raden av fynd är ett kranium från Harbin (哈尔滨) i Heilongjiang (黑龙江, Svarta drakfloden), från vilken provins man har tagit det taxonomiska binomet Homo longi – drakmannen. Skallen upptäcktes 1933 då en kinesisk arbetare under tvång byggde järnvägsbro åt den japanska ockupationsmakten i den manchuiska marionettstaten Manchukuo (满洲国, Manzhouguo).

Han gömde fyndet i en brunn, där det fick ligga tills efterlevande i släkten 2018 återhämtade kraniet och överlämnade det till ett universitet för studier. Det är ett problem i sammanhanget, eftersom man inte med säkerhet kan fastställa den exakta fyndplatsen i Songhua (松花江, Granpollenfloden), där bron byggdes.

Med exakta strata kan man nämligen med god precision datera omgivningens ålder, och därmed indirekt bestämma fossilets ålder. Kol-14-metoden kan inte användas för fynd äldre än 60 000 år på grund av den korta halveringstiden, varför man måste tillgripa andra isotopanalyser i den omedelbara närheten.

Radiometrisk datering med U-Th och andra analysmetoder i förmodad omgivning ger en vidd om 62–296 ky, med en statistiskt sannolik minimiålder om 146 000 år. Forskarna hävdar samtidigt att fyndet representerar en ny utvecklingsgren av Homo i Asien.

Homo longi är Homo denisova

Men när man ser kraniet i fråga är den omedelbara reaktionen att det är neandertal, även för en amatörhobbyantropolog som undertecknad, utan en enda universitetspoäng i ämnet. Av morfologin kan man inte alls hävda en ny art, utan den är helt i linje med den för arkaisk Homo neanderthalensis, med stora ögonhålor och elliptisk skallform.

Tidig arkaisk Homo sapiens hade förvisso liknande drag, varför man rent hypotetiskt alltid kan föra fram tanken att det rör sig om en gren i sapiens. Men samtidigt vet vi att ingen bestående population av sapiens emigrerade ut ur Afrika förrän vid 70 kya, och det är därför en mycket osannolik hypotes.

Neandertals utbredning fanns dock primärt i Väst, och arten har aldrig påträffats öster om Altai, vid Kinas gräns. I östra Eurasien härleder man istället Homo denisova, en systerlinje till neandertal. För denisova finns bara ett fåtal fynd av fingrar och käkben i Sibirien och Tibet, men samtidigt har man säkrat DNA för att kunna härleda en beblandning med Homo sapiens i Öst- och Sydöstasien, på samma sätt som västeuraser är en hybridform av sapiens och neandertal.

Skallen torde alltså vara det första större fossilet av denisova, och vad man kan se i den vetenskapliga pressen är det ett flertal forskare som drar samma slutsats. Historien behöver därför inte skrivas om, utan bekräftas snarare med detta magnifika fynd. Det är vår kusin Homo denisova som äntligen visar upp sitt anlete, och möjligen kan man därmed även börja få klarhet i vad andra underliga kinesiska fynd representerar, som Dali-människan.