Video

Transkrypcja

Wewnątrz i na zewnątrz, do wewnątrz i na zewnątrz.

Pozostanie przy życiu polega na robieniu rzeczy. W tej samej sekundzie twoje komórki spalają cząsteczki glukozy z tlenem,

aby udostępnić energię, która pozwala ci żyć przez kolejny cenny moment.

Aby dostarczyć tlen do komórek, które oddychasz.

Oddychanie jest odpowiedzią na bardzo trudny problem: w jaki sposób pozyskujesz zasoby potrzebne komórkom do przetrwania,

z zewnątrz do ich wnętrza? Każda żywa istota musi rozwiązać ten problem,

a rozwiązanie jest zaskakująco różne w zależności od jednego z najważniejszych regulatorów życia:

rozmiaru.

Jak omówiliśmy w innych filmach:

W różnych skalach prawa fizyczne wszechświata mają różne konsekwencje dla jego mieszkańców.

Proste rzeczy, takie jak temperatura, mikrograwitacja lub napięcie powierzchniowe, mogą nie mieć dla Ciebie znaczenia lub stanowić śmiertelne zagrożenie

• w zależności od tego, jak duży jesteś.

Żywe stworzenia potrzebują wielu różnych materiałów, aby funkcjonować.

I jakoś muszą je przetransportować z zewnątrz do wewnątrz.

To był ogromny problem dla pierwszych rzeczy, które były bliskie życia, ponieważ robienie czegokolwiek w naszym wszechświecie wymaga energii.

A pierwsze żyjące istoty na Ziemi nie miały dostatecznej ilości narzędzi i technik,

jakie ma dziś życie po miliardach lat ewolucji.

Tak więc na samym początku życie musiało znaleźć sposób, aby uzyskać dobre rzeczy w sobie

i złe rzeczy na zewnątrz siebie bez zużywania energii.

Na szczęście pierwsze formy życia były bardzo, bardzo małe.

A ponieważ byli tak mali, mogli korzystać z darmowej formy transportu

opartej na prawie fizycznym zwanym dyfuzją.

Dyfuzja jest zasadą wszechświata, zgodnie z którą cząsteczki, zwłaszcza w cieczach lub gazach,

nieustannie poruszają się we wszystkich kierunkach.

A ponieważ poruszają się i zderzają się ze sobą i innymi cząsteczkami, mają tendencję do rozprzestrzeniania się.

Na przykład, jeśli wrzucisz kostkę cukru do wody, to w jednym miejscu jest dużo cukru,

aw innym go nie ma.

Gdy cząsteczki cukru rozpuszczą się w wodzie, zaczną przypadkowo zderzać się z cząsteczkami wody

i innymi cząsteczkami cukru.

Powoli wszystkie cząsteczki cukru będą się rozprzestrzeniać i tworzyć wiele faz o różnych stężeniach.

Te przypadkowe ruchy trwają bez końca, aż w pewnym momencie cukier zostanie

równomiernie rozłożony w wodzie.

Wspaniałą rzeczą w dyfuzji jest to, że życie może jej używać za darmo, nie wymaga energii.

A życie kocha darmowe rzeczy. Zatem całe życie na Ziemi opiera się na dyfuzji.

Spójrzmy na najmniejszą żyjącą istotę na ziemi, bakterię. W szczególności jego powierzchnie.

Błony komórkowe pozwalają na dyfuzję określonych cząsteczek.

Ta specyficzna bakteria do życia zużywa tlen, podczas gdy wewnątrz wytwarzany jest dwutlenek węgla,

jako produkt odpadowy.

Tak więc wewnątrz bakterii nie ma dużo tlenu, ale dużo dwutlenku węgla.

Z powodu dyfuzji cząsteczki te w końcu rozprzestrzenią się równomiernie, więc dwutlenek węgla dyfunduje,

podczas gdy tlen jest stale uzupełniany z zewnątrz.

Ale ten rodzaj „oddychania” działa tylko na bardzo małym świecie.

Dla bakterii, ameby lub twoich komórek i kilku bardzo małych zwierząt.

Na przykład owady mają cienką sieć tchawicy, tunele z gradientem ciśnienia, w

których powietrze bardzo wolno może dyfundować i wymieniać gazy z komórkami owadów.

Ale wydaje się, że nawet owady potrafią skurczyć tchawicę,

a przynajmniej niektóre mają nawet wyspecjalizowane narządy oddechowe, takie jak przetchlinki i worki powietrzne.

W pewnych skalach dyfuzja jest po prostu zbyt wolna, aby utrzymać komórki przy życiu.

Podstawowym problemem jest to, że wymiana z otoczeniem może zachodzić tylko na powierzchni,

a dyfuzja materiałów może utrzymać tylko określoną ilość wnętrza.

Małe żywe istoty mają tylko niewielką część wnętrza lub objętości i dużo powierzchni zewnętrznej

lub powierzchni.

Ale co by było, gdybyśmy chcieli stworzyć bakterię wielkości wieloryba błękitnego

i mielibyśmy bardzo wygodną maszynę do powiększania?

Niestety prawo sześcianu kwadratowego by nam zepsuło.

W skrócie oznacza to, że jeśli zrobisz coś dziesięciokrotnie większego,

jego powierzchnia zewnętrzna lub powierzchnia zwiększy się o 100, ale wnętrze lub objętość wzrosną 1000 razy.

Jeśli porównamy bakterię Pseudomonas aeruginosa z płetwalem błękitnym,

zobaczymy, że bakteria ma 10 000 000 razy większą powierzchnię w stosunku do swojej objętości niż wieloryb.

Bakteria ma wiele stron zewnętrznych, podczas gdy wieloryb ma wiele wnętrzności.

Jeśli stworzymy bakterię wielkości wieloryba - nasza gigantyczna bakteria ma teraz zbyt dużo wnętrza

i większość jej wnętrza znajduje się teraz bardzo daleko od jej powierzchni.

Tlen, którego potrzebuje nasza bakteria, nigdy nie dotarłby do wnętrza, zanim nie zabrakło mu tlenu.

Nasza gigantyczna bakteria po prostu umarłaby. Mimo to bycie większym ma wiele zalet.

Od trudniejszego do zjedzenia po ułatwianie jedzenia innym.

Ale wielkość komórek jest ograniczona odległością, na jaką tlen i składniki odżywcze mogą skutecznie rozpraszać się,

aby zapewnić wnętrzu wystarczającą ilość zasobów.

Tak więc życie uniknęło tego problemu, tworząc struktury wielokomórkowe -

Istoty złożone z wielu komórek zamiast jednej.

Ponieważ dyfuzja działa lepiej, jeśli masz wiele małych jednostek, zamiast jednej znacznie większej.

Z czasem koledzy z komórki zaczęli dzielić się pracą i specjalizować.

Niektóre komórki koncentrowały się na wyczuwaniu otoczenia, inne na trawieniu, inne na ruchu.

Ale to wciąż nie wystarczyło.

Pozostał problem dyfuzji oraz powierzchni i produkcji energii,

ograniczając rozmiary, jakie mogły osiągnąć te pierwsze wielokomórkowe formy życia.

Aby więc stać się jeszcze większym -

życie rozwiązało problem dyfuzji, mając dziury, jaskinie i tunele oraz składając się w sobie,

aby dyfuzja mogła łatwo nastąpić w każdej z komórek.

Weź siebie: To, co uważasz za swoją zewnętrzną stronę, twoja skóra, ma powierzchnię około 2 metrów kwadratowych.

Ale twoje płuca mają powierzchnię około 70 metrów kwadratowych.

Nie przypominają balonów, bardziej przypominają gąbki wypełnione wieloma ciasno upakowanymi maleńkimi balonikami,

otoczonymi naczyniami krwionośnymi.

Kiedy robisz wdech, wszystkie te maleńkie balony wypełniają się świeżym powietrzem.

Wokół balonów pompowana jest krew wypełniona CO2.

I wtedy dzieje się magia dyfuzji.

Tlen przenika do krwi, gdzie jest wychwytywany przez czerwone krwinki.

CO2 dyfunduje z krwi do płuc, skąd może zostać ponownie wydychany.

Twoja krew przenosi następnie krew bogatą w tlen do najdalszych zakątków ciała

i zbiera odpady CO2.

Dyfuzja w organizmie jest skuteczna na poziomie około jednego milimetra,

więc każda komórka w twoim ciele znajduje się co najwyżej jeden milimetr od naczynia krwionośnego.

Tak więc zwierzęta średniej wielkości, takie jak ty, potrzebują wielu naczyń krwionośnych, aby dotrzeć do każdej komórki w ciele.

Twoje ciało składa się z około 100 000 kilometrów samych naczyń włosowatych,

najmniejszych naczyń krwionośnych, o powierzchni około 1000 metrów kwadratowych.

Dotyczy to wszystkich części was, które chcą coś wymienić ze światem zewnętrznym.

Twoje ciało potrzebuje powierzchni, aby pobierać składniki odżywcze z pożywienia,

więc twoje jelita mają powierzchnię połowy boiska do badmintona, około 40 metrów kwadratowych.

Im jesteś większy, tym więcej potrzebujesz ukrytych powierzchni.

Weź drzewo. Jej sposobem na życie jest tworzenie cukru z powietrza i światła słonecznego.

Dlatego potrzebuje jak największej powierzchni.

Drzewo pomarańczowe o dwóch tysiącach liści ma powierzchnię 200 metrów kwadratowych.

Ale powierzchnia wewnątrz liści, na której faktycznie występuje dyfuzja, wynosi 6000 metrów kwadratowych.

To samo dotyczy korzeni, gdzie woda dyfunduje z gleby do niezliczonych małych włosków, które

maksymalizują powierzchnię.

Korzenie jednego metra kwadratowego trawy to około 350 metrów kwadratowych powierzchni!

Jeśli spojrzymy na zapierającą dech w piersiach różnorodność życia na tej planecie, wydaje się, że wszystko jest całkiem inne.

I to jest.

Ale niektóre podstawowe zasady są takie same dla wszystkich i nie zmieniły się znacząco od miliardów lat,

jeśli spojrzymy na bardzo, bardzo małe lub bardzo duże:

Odpady wychodzą i napływa świeże paliwo. Duże zwierzęta potrzebują po prostu dużo złożonego hydraulika, aby było to możliwe.

Od czasu do czasu wszyscy możemy używać świeżego paliwa, szczególnie dla naszej kreatywności.

Wystarczy wypróbować coś nowego, a my mamy doskonałą okazję, aby zacząć:

nawiązaliśmy współpracę ze Skillshare, internetową społecznością edukacyjną, która oferuje kursy dotyczące prawie wszystkich kreatywnych umiejętności,

takich jak projektowanie, ilustracja, animacja, fotografia i gotowanie.

Mają tysiące kursów zaczynających się na każdym poziomie,

więc gdziekolwiek teraz jesteś, będzie coś dla Ciebie.

Może chcesz zajrzeć za kulisy naszych animacji, na przykład:

stworzyliśmy kilka zajęć Skillshare, podczas których nauczysz się, jak animowaliśmy sceny z naszych filmów

z lekcjami wideo i praktycznymi projektami.

A jeśli wolisz najpierw przyjrzeć się ilustracjom, zalecamy

Adobe Illustrator: Level Up Your Colours autorstwa Hayden Aube.

Ale to, co wybierzesz jako pierwsze, nie ma tak dużego znaczenia - ważne jest, aby zacząć,

dobrze się bawić i zdobyć nową inspirację.

Nieograniczony dostęp do wszystkich zajęć kosztuje tylko dziesięć dolarów miesięcznie przy rocznym członkostwie premium.

A 1000 pierwszych widzów kurzgesagt, którzy klikną link w opisie, otrzyma specjalną ucztę:

otrzymasz bezpłatną wersję próbną Skillshare Premium.

Jeśli chcesz wyrwać się z rutyny, odkrywając nową umiejętność i wspierając kurzgesagt, spróbuj.

Mamy jeszcze coś, co sprawi, że nauka będzie naprawdę doskonała:

nasz nowy notatnik Ocean Explorer!

Ma piękne błyszczące napisy z folii i 4 ilustrowane strony z infografikami w środku, które

zabiorą Cię w podróż pod wodą.

Idealny towarzysz dla wszystkich Twoich potrzeb związanych z robieniem notatek,

zaprojektowany i wyprodukowany z miłością przez birbs merch kurzgesagt.

Dziękuję za obejrzenie!