Mervetande #7

Kontroversiell teori om människans ursprung

Till skillnad från andra apor är vi människor mycket duktiga dykare. Här skriver forskaren Erika Schagatay om kroppens speciella anpassningar som hjälper oss att vara under vattnet.

Av Erika Schagatay. Bild: Pete Oxford/NPL.
Forskning & Framsteg #6/2017.

För 40 år sedan lyckades den första människan dyka ner till 100 meters djup på ett enda andetag. Det var fransmannen Jacques Mayol, som har porträtterats i filmen Det stora blå. I dag är motsvarande rekord inom den extrema formen No limit hela 214 meter.

Fridykning, som även kallas apnea, är numera en populär tävlingssport. Den delas upp i sex olika grenar. En är att simma längst sträcka horisontellt under vattnet i bassäng, en annan att hålla andan så lång tid som möjligt i vila. Rekorden är på 300 meter respektive 11 minuter och 35 sekunder – och utökas hela tiden. För bara några år sedan ansågs dessa prestationer vara fysiologiskt omöjliga.

Samtidigt som sporten apnea växer internationellt, fortsätter Ama-dykarna i Japan och vattenfolket i Indonesien att göra det som de alltid har gjort – hålla andan och hämta sin mat ur havet. De gör korta dyk med ännu kortare andningspauser emellan och kan tillbringa 60 procent av arbetsdagen under ytan utan att andas, sammanlagt upp till fem timmar. Det är nog världsrekord för människan. Hur kommer det sig att ett landdjur som människan kan dyka så bra?

Många däggdjur har genom evolutionen återvänt till havet för att utnyttja de rika tillgångarna på föda som finns där. Eftersom däggdjur andas luft krävs en rad olika anpassningar för att kunna arbeta under vattnet. Vi andas för att tillföra kroppen syre och för att den koldioxid som bildas vid ämnesomsättningen måste vädras ut. Syret används för att producera ATP, det kemiska bränsle som normalt används för att driva kroppens funktioner. Utan det dör vi.

Så blir du en bra och säker fridykare

Träna på att hålla andan på land i vila. Sitt i en stol och andas in djupt, håll andan så länge du kan. Andas sedan normalt i två minuter. Upprepa detta fem gånger i följd. Gör övningen varje dag, så kommer du troligen att fördubbla tiden du kan hålla andan på två veckor. Då har du större marginal när du ska simma och hålla andan under vattnet. När du dyker under vattnet ska du alltid gå upp innan eller när du känner andnöd, inte pressa kroppen.

Varning! Du ska aldrig träna maximal andhållning i vatten. Du ska aldrig dyka utan uppsikt av en dykkamrat. Du ska andas lugnt och normalt före andhållning.

Risker med fridykning: Det är farligt att hyperventilera, det vill säga andas mer än normalt, före ett dyk. Det leder till att koldioxidnivån i blodet sänks utan att syrenivån höjs nämnvärt. Då känner man inte av i tid att man måste andas, och kan svimma under vattnet och drunkna. För att du ska lära dig bra och säker fridykning bör du ta kontakt med en dykarklubb. Det finns klubbar i hela Sverige inom Svenska Sportdykarförbundet.

Fasta och rödbetor kan förlänga tiden under vattnet

Vi jämförde den maximala andhållningstiden för dykare som fastat 13 timmar jämfört med ett par timmar efter en måltid. Resultatet visade att tävlingsdykare kan förlänga sin dyktid med 22 procent, vilket är nästan en minut för en tävlingsdykare, genom att fasta. Det fanns också mer syre kvar i blodet vid en given andhållningstid efter fasta.

Rödbetor har en förmåga att minska syreförbrukningen. I en studie har vi sett att dykare som druckit rödbetsjuice 2,5 timmar före testet kan hålla andan 11 procent längre tid än när de fått placebo, som ser ut och smakar likadant. Det är nitratinnehållet i rödbetorna som har denna effekt.

Vissa organ, till exempel huden, kan dock klara sig en stund utan syre, medan hjärnan och hjärtat behöver konstant syretillförsel.

För att maximera tiden vi kan fridyka måste kroppen spara på syret och se till att hjärnan inte drabbas av syrebrist, för då skulle vi svimma och riskera att drunkna. Det sker genom att blodflödet koncentreras till de mest syrekrävande delarna av kroppen, framför allt hjärnan och hjärtat, och stryps till de delar som tål låga syrenivåer, till exempel huden och vilande muskler. Då räcker syret längre.

När cirkulationen minskar kan också pulsen sänkas, vilket i sin tur minskar hjärtats syreförbrukning. Dessa samverkande reflexer kallas för dykresponsen och upptäcktes på 1940-talet hos olika dykande däggdjur, exempelvis sälar. På senare tid har det visat sig att responsen i någon mån finns hos alla djur som har undersökts när de drabbas av syrebrist. Men pulsminskningen är starkare hos djur som kan dyka. Hos ett landdjur minskar pulsen med 20–30 procent, medan vissa sälar har en pulsminskning på upp till 90 procent. En tränad mänsklig dykare kan sänka sin puls med ungefär 50 procent.

Om man jämför oss människor med den stora mängden däggdjursarter som helt eller delvis har vänt tillbaka till ett vattenliv efter en tid av utveckling på land, passar vi bra in i gruppen grunda dykare. Vår dykrespons och dykförmåga kan jämföras med exempelvis havsuttern, som oftast dyker till max 30 meter, även om vissa individer kan ta sig ner till 100 meters djup i enstaka dyk.

En större del av de dykande däggdjuren är just måttliga eller grunda dykare. Sedan finns det extrema djupdykare, med en betydligt mer effektiv dykrespons. Weddellsälen och kaskelotvalen kan till exempel stanna under vattnet i mer än en timme och dyka djupare än 1 000 meter.

En del av vår forskning har varit inriktad på att bättre förstå hur dykresponsen aktiveras och vilka effekter den får. Responsen startar redan när vi håller andan och förstärks om ansiktet kyls, till exempel genom att vi doppar det i vatten. Det behöver alltså inte uppstå någon syrebrist för att responsen ska starta.

Men för att dyka ner till 100 meters djup, hålla andan i mer än 10 minuter eller simma 300 meter under vattnet – som vi människor kan göra – krävs mer än att kunna snåla på syret. Det är också viktigt att kunna lagra så mycket syre som möjligt i kroppen inför dykningen.

Syre lagras i lungorna – men också bundet i blodets hemoglobin och till viss del i musklernas syrebindande motsvarighet myoglobin. En genomsnittlig person har drygt två liter syre lagrat i kroppen, varav ungefär hälften i blodet. Av denna mängd kan hälften användas innan hjärnan får för lite syre och personen svimmar, det vill säga ungefär en liter. Om ämnesomsättningen kräver 300 milliliter syre per minut går

(Klicka för att förstora.) Så gör kroppen för att spara syre. Människokroppen har flera anpassningar som gör att vi kan dyka bra och stanna jämförelsevis lång tid under vattnet. Bild: Johan Jarnestad.
(Klicka för att förstora.) Världsrekord inom fridykningens olika grenar. Bild: Johan Jarnestad.
(Klicka för att förstora.) Så djupt dyker däggdjuren. Bild: Johan Jarnestad.

det alltså att hålla andan i cirka tre och en halv minut. Vi börjar dock andas i god tid innan syret är slut, vilket beror på att känslan av andnöd inte styrs av syrenivån, utan av den stigande koldioxidnivån i blodet. Det fungerar som en viktig säkerhetsåtgärd.

Dykresponsen går att förbättra med hjälp av träning. Hos en person som har bra dykrespons och som är väldigt avslappnad, kan ämnesomsättningen minska till cirka 200 milliliter syre per minut. Då räcker syret i fem minuter. Men fem minuter under vattnet är ändå inte tillräckligt för en tävlingsdykare som vill slå världsrekord. Så hur når man dit? Går det att öka förmågan att lagra syre i kroppen? En av framgångsfaktorerna tycks vara träning. För att förstå hur det fungerar kan vi jämföra en vanlig person med en tränad dykare.

Stora lungor är en fördel vid dykning, och tävlingsdykare har enligt våra studier i medeltal cirka två liter större lungor än andra människor. Vi har också funnit att lungornas volym spelar en viktig roll vid tävlingar. Fridykare med stora lungor vinner ofta över dem med mindre lungor.

Nästa fråga vi ställde oss var om lungvolymen är given och personer med stora lungor gärna ägnar sig åt dykning, eller om dykarna har lyckats träna upp sin lungvolym och på så vis blivit ännu bättre på att dyka. Det visade sig att lungvolymen kan tränas upp påtagligt med en speciell träningsmetod som används av fridykare. Efter tre månader av 20 minuters daglig träning hade en grupp frivilliga försökspersoner ökat sin lungvolym med en halv liter genom att använda samma metod.

Dykande ursprungsbefolkningar

Min forskning om dykning började på 1980-talet, när jag skulle göra mitt examensarbete i biologi. Jag tyckte om att fridyka och ville lära mig mer om hur bra människan är på att lära sig dyka, och vad som avgör förmågan. Därför bestämde jag mig för att studera de duktigaste dykarna i världen. I gamla reseskildringar läste jag om ett folk i Indonesien som kallades för vattenfolket. Enligt de gamla dokumenten kunde de vara under vattnet i en halvtimme. De sades även ha gälar, och fjäll på kroppen. Jag trodde förstås inte att det var sant, men beslöt mig för att undersöka om de var bra dykare – och om möjligt varför. Den första utmaningen var att försöka hitta dem. Därför reste jag till Indonesien och efter flera månaders letande fick jag kontakt. Den första personen jag mötte hade verkligen fjäll på kroppen! Det verkade vara en reaktion på saltvatten. Han hade dock inga gälar! Jag togs emot av hövdingen i en by i Sulawesi, där jag fick stanna och dyka tillsammans med dem och mäta deras dykrespons. För tre år sedan besökte jag byn igen och har sedan rest dit varje år, senast i januari 2017.

Vattenfolket, eller Sama-Bajau, bor i övärlden kring Indonesien, Malaysia och Filippinerna. Området, som kallas koralltriangeln, räknas som världens rikaste havsmiljö. Förr var många av vattenfolket nomader och bosatta på husbåtar, men i dag bor de flesta i byar med hus på pålar i vattnet, ofta en bit från stranden. Deras dykrespons är starkare än hos andra grupper som jag har testat. En annan sak som jag upptäckte var att de ser bra under vattnet. Trots att de dök utan dykmask eller glasögon kunde de plocka små snäckor som jag själv inte kunde se när jag tog av mig masken. Väl tillbaka i Lund berättade jag detta för en optikforskare och några år senare gjorde doktoranden Anna Gislén studier som visade att barn hos vattenfolket ser dubbelt så bra som vi under vattnet.Detta förklarades inte bara av att de kan ackommodera bra, det vill säga ändra linsens rundning mycket, utan också av att de kan dra samman pupillen när de dyker, vilket ger bättre synskärpa. Hos oss landkrabbor blir pupillen större under vattnet, på grund av att ljuset minskar. Pupillsammandragningen är en förmåga som kan tränas upp, visade optikforskarna.

I senare studier av vattenfolket undersökte vi hur lång tid av ett arbetspass som tillbringas under vattnet. De kunde vara under ytan hela 60 procent av sin arbetstid. De arbetade upp till nio timmar per dag i vattnet – som är nästan 30 grader varmt – och kunde alltså vistas sammanlagt fem timmar av arbetsdagen under ytan! Det är den längsta totala dyktid som har uppmätts och liknar mycket hur en havsutter dyker efter mat.

Klicka på bilderna för att förstora.

Ett annat folk som lever på fridykning är ama i Japan. De dyker på samma sätt som vattenfolket, genom att hålla andan och göra serier av korta dyk med korta andningsperioder emellan. Men de använder nu för tiden mer utrustning än vattenfolket, till exempel fenor och våtdräkt. De samlar bland annat snäckor och musslor, som är en delikatess i Japan och köps upp och säljs dyrt på restauranger i Tokyo. För att motverka överfiske sker fisket av dessa dyrgripar bara tre månader om året. Under resten av året samlar Ama-dykarna alger. Vi har studerat deras fysiologi sedan 1991 och gjorde senast en studie för att undersöka om åldrandet påverkar deras dykning, eftersom många ama-dykare arbetar högt upp i åren. I studien deltog 44 yrkesdykare, varav den yngsta var 18 och den äldsta 97 år. Vi fann att dykarna behåller sin prestationsförmåga ända upp i 75-årsåldern; bara i gruppen över 75 år avtog förmågan att dyka. Det är högre ålder än som är känt att människor klarar fysiskt arbete på land. Kanske sliter inte arbete i vattnet på kroppen på samma sätt som arbete på land. Marina däggdjur blir också väldigt gamla jämfört med de flesta landdjur.

En annan sak som krävs hos en framgångsrik dykare är effektiv kontroll av andningen, både för att kunna hålla andan och för att kunna tryckutjämna öron och bihålor när luften trycks samman av vattentrycket. När luften i mellanörat komprimeras av vattentrycket, måste dykaren aktivt trycka in mer luft från lungorna bakom trumhinnan, ungefär på samma sätt som när man landar med ett flygplan. Detta går bra så länge det finns gott om luft i lungorna. Men vad händer när även lungorna har blivit så komprimerade att de känns tomma? Jo innan det händer måste dykaren fylla munnen med luft och sedan hålla svaljet stängt, för att skapa ett förråd av luft som kan användas till tryckutjämning av öronen på djupet. Det kallas mouthfill och används för att kunna fortsätta dyka nedåt, trots att lungorna har nått sin minsta volym.

Andningen är även viktig både inför och efter ett maximalt dyk. Före dyket använder tävlingsdykare en sorts avslappnande yoga-andning, som får ämnesomsättningen och pulsen att minska. Vissa dykare överfyller också lungorna med luft via så kallad lungpackning, då luft pumpas in i lungorna med munnen. Direkt efter dyket tas några snabba andetag där utandningen görs mot ett motstånd, så kallad hook breathing, för att snabba på återhämtningen och undvika syrebrist i hjärnan. På det sättet höjs trycket i lungorna en aning vid utandningen. I en ny studie har vi visat att det ökar syresättningen.

Nästa steg i forskningen är att förstå vad som avgör gränsen för djupet. Ett problem när djuprekorden ökar är att vissa djupdykare får nedsatt lungfunktion då de kommer upp. De flesta dykare drabbas dock inte, och vi försöker förstå när och var problemen uppstår, och se till att dykare som har skadat sig inte fortsätter att tävla. Tävlingsreglerna i den internationella fridykningsorganisationen AIDA ändrades 2015 baserat på vår forskning: Nu undersöker man lungfunktionen hos alla dykare innan de får fortsätta tävla.

Den höga förmågan att lagra syre syns även i blodet hos tävlingsdykare. Dykare har vid en jämförelse visat sig ha fler röda blodkroppar och högre halt av hemoglobin (Hb) som kan lagra syre än både otränade personer och idrottare som ägnar sig åt andra sporter. Det är allmänt känt att om man vistas på hög höjd så ökar mängden röda blodkroppar i blodet och därmed också Hb. Vi har därför studerat om den syrebrist som uppstår då man håller andan leder till ökad blodbildning. Våra resultat visar att EPO – det hormon som styr blodbildningen – ökar vid dykträning. På så vis har vi kunnat förklara dykarnas höga Hb.

Vi har även upptäckt en annan fysiologisk reaktion som ökar människokroppens förmåga att lagra syre. Det är en kontraktion av mjälten, som gör att fler röda blodkroppar kommer ut i blodet, vilket ökar Hb – ungefär som en naturlig bloddoping. Detta innebär att mer syre kan lagras i blodet och dyktiden förlängas. Tävlingsdykare har ofta stor mjälte och kan tillfälligt öka sin Hb med 10 procent genom tillskottet av röda blodkroppar från den. Det behövs två till tre dyk för att mjälten ska kontraheras maximalt, och efter cirka 20 minuters vila är alla röda blodkroppar lagrade i mjälten igen. Den här mekanismen återfinns hos dykande däggdjur, som sälar.

Kontraktionen av mjälten märks även i den syrefattiga miljön på hög höjd, till exempel när bergsklättrare ska bestiga toppar. När vi undersökte klättrare, som besteg världens högsta berg Mount Everest, fann vi att deras mjältesrespons blivit kraftigare efter toppbestigningen. Men mjältesresponsen är ännu starkare vid dykning. Det beror på att den utlöses av både syrebrist och överskott på koldioxid. På hög höjd råder endast syrebrist, men när man håller andan ökar även halten koldioxid.

Mjältens volym är på samma sätt som lungvolymen avgörande för framgång i dyktävlingar. I en nyligen genomförd studie upptäckte vi att även mjältens storlek kan ökas genom träning.

Vad blir då effekten i dyktid när alla dessa kroppsfunktioner läggs ihop? En tränad dykare, som maximerar syreförrådet i lungor och blod, kan enligt våra mätningar lagra cirka 3,2 liter syre. Om 50 procent av denna mängd kan användas innan hjärnan stänger av, och om syreförbrukningen är 200 milliliter per minut, kan dykaren hålla andan i ungefär 7,5 minuter. Det är lång tid – men fortfarande nästan fyra minuter under världsrekordet. Så vad finns det mer för förmåga att utnyttja i människokroppen? Jo hjärnan kan lära sig att fungera med mindre syre. Det har visat sig att tränade dykare kan bevara medvetandet vid lägre syrenivåer i blodet än icke-dykare. De kan hålla sig vakna ända ner till 30 procents syremättnad i blodet. Tävlingsdykare kan alltså använda hela 70 procent av det syre som finns lagrat i kroppen, vilket enligt våra beräkningar gör det möjligt att hålla andan i 11 minuter och 12 sekunder. Om dykaren dessutom fastar eller dricker rödbetsjuice kan tiden ökas med ytterligare någon minut. Här har vi alltså de sista pusselbitarna som behövs för att förklara hur det nuvarande världsrekordet på 11 minuter och 35 sekunder faktiskt är möjligt – och varför det sannolikt kommer att slås.

Men varför har landdjuret människan en kropp som fungerar så bra under vatten? Våra närmaste släktingar, schimpanser och gorillor, kan varken simma eller dyka. En förklaring till detta skulle kunna vara att våra förfäder under en tidsperiod levde på stranden och hämtade mat genom att dyka i grunt vatten.

Omstridd teori mer populär bland biologer

Teorin att människans förfäder har levt i strandzonen är kontroversiell, och accepteras inte av flertalet forskare inom antropologi. Ursprungligen kallades den för ”vattenapeteorin”. Nu kallas den i stället oftast för strandhypotesen, eller littorala hypotesen. Oavsett namn så tycker många biologer att teorin är intressant, eftersom den hjälper till att förklara många av människans unika egenskaper. Nyss sände BBC två radioprogram där David Attenborough presenterade de senaste rönen kring teorin. Efter programmen blev han kritiserad i den populärvetenskapliga nättidskriften The Conversation, för att han hade medverkat i ett så ”ovetenskapligt” program. Detta trots att allt som presenterades var baserat på vetenskapliga studier, publicerade i bland annat Science och Nature. Kritiken visar hur starkt revirtänkandet är inom forskningen. Elva av de forskare som medverkade i programmet svarade med att lista nya upptäckter som stödjer teorin – och som alla har publicerats i vetenskapliga tidskrifter. Här är fem av av dem:

  1. Människans dykfysiologi och prestationer i vatten liknar den hos andra djur som kan dyka.
  2. Människan har ett slags benutväxter i öronen (exostoser) som tyder på upprepat simmande.
  3. Den mänskliga hjärnan är beroende av bland annat jod, järn, selen, zink och fetter – som finns i marin mat.
  4. Förmänniskan Homo erectus hade en kraftig men skör benstomme, som antyder anpassning till grund dykning.
  5. Förekomsten av fosterfett (Vernix caseosa) hos människor och sälar är sannolikt en adaptation till att vara i vatten direkt efter födseln.

Idén att människan härstammar från en ”strandapa” presenterades redan 1960 av den brittiske marinbiologen sir Alister Hardy, som upptäckte likheten mellan människors fettlager och späcket hos marina djur. Den förhärskande teorin var vid den tiden att människan hade utvecklats som jägare på savannen, eftersom fossil av våra första förfäder hittats där. Hardy radade dock upp många egenskaper som skiljer människor från apor och drog slutsatsen att vi på flera punkter liknar dykande djur mer än savanndjur.

Men teorin blev hånad och ignorerad av antropologer, som sedan tidigt 1900-tal arbetat utifrån savannteorin. Dock kom savannteorin att ifrågasättas på 1990-talet, när man upptäckte att de platser där fossil från våra tidigaste förfäder hade hittats var fulla av fossilt pollen, vilket visade att där funnits skog. I dag anser många antropologer i stället att människan har utvecklats i en mosaik av olika miljöer, både i skog och öppnare terräng. Många biologer är dock intresserade av vattenteorin, eftersom det är lättare att förklara varför vi skiljer oss från de andra människoaporna om vi har utvecklats i helt olika miljöer. De andra aporna håller ju till i skogen.

Nya studier ger ytterligare stöd åt vattenteorin. Forskning under ledning av professor Michael Crawford visar att våra stora hjärnor är beroende av marina fetter för att utvecklas optimalt, och att marin mat kan ha möjliggjort den snabba utvecklingen av hjärnan hos tidiga Homo. Teorin stärktes ännu mer när en forskargrupp ledd av professor Curtis Marean år 2007 hittade lämningar efter vad man tror kan ha varit de första Homo sapiens som lämnade Afrika, i grottor vid stranden i Pinnacle point i Sydafrika. De levde till stor del av snäckor och musslor som de hämtade i vattnet. Annan forskning under det senaste decenniet konstaterar att fossil av flera av våra tidiga förfäder, till exempel Homo erectus, uppvisar förändringar i örat i form av ett slags benutväxter, exostoser, som tyder på att de tillbringade mycket tid i vattnet.

Kanske var det genom att våra tidiga förfäder anpassades till ett liv i strandkanten, med simning och dykning efter mat, som vi blev så olika de andra människoaporna. Det skulle förklara varför våra kroppar tycks dela flera anatomiska och fysiologiska egenskaper med marina däggdjur, till exempel dykresponsen och mjältesresponsen. Det finns alltså allt fler resultat från olika forskningsområden som tyder på att någon del av människans tidiga utveckling kan ha skett på havsstranden. Kanske är det därför vi ofta väljer sol och badsemester, och gärna skaffar pool i trädgården.

Teorin att våra förfäder var dykare är dock fortfarande kontroversiell. Framtida forskning kommer sannolikt att få bilden att klarna. Men oavsett vad som har utspelat sig under evolutionens gång så kan vi nu simma och dyka bättre än de flesta andra landdjur – lika bra som många grunda dykare bland de vattenlevande däggdjuren. Och din egen förmåga kan du träna upp ytterligare – kanske redan nu i sommar.

Bild: Itamar Grinberg.

Om forskaren:

Erika Schagatay är professor i zoofysiologi vid Mittuniversitetet i Östersund, här fotograferad tillsammans med sin forskargrupp (från vänster: Lara Rodriguez Zamora, Carl Olander, Angelica Lodin Sundström, Erika Schagatay och Alexander Patrician).

1 thought on “Kontroversiell teori om människans ursprung”

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s