Je hoort verhalen over mensen die kogels in de hersenen, vrije vallen van 10 verdiepingen of maanden gestrand zijn op zee, hebben overleefd. Maar zet een mens ergens in het bekende universum, behalve in de dunne schil van de ruimte die zich een paar mijl boven of onder de zeespiegel op aarde uitstrekt, en we vergaan binnen enkele minuten. Hoe sterk en veerkrachtig het menselijk lichaam in sommige situaties ook lijkt, in de context van de kosmos als geheel is het verontrustend kwetsbaar.

Vele grenzen waarbinnen een doorsnee mens kan overleven zijn volledig vastgesteld; de bekende “regel van drieën” dicteert hoe lang we kunnen afzien van lucht, water en voedsel (ruwweg respectievelijk drie minuten, drie dagen en drie weken). Andere grenzen zijn meer speculatief, omdat mensen ze zelden of nooit hebben getest. Bijvoorbeeld, hoe lang kun je wakker blijven voordat je sterft? Hoe hoog kun je klimmen voordat je stikt? Hoeveel versnelling kan je lichaam verdragen voordat het uit elkaar scheurt?

Experimenten door de decennia heen – sommige opzettelijk, andere per ongeluk – hebben geholpen het domein af te bakenen waarbinnen we, letterlijk, leven.

Hoe lang kunnen we wakker blijven?

Het is bekend dat piloten van de luchtmacht na drie of vier dagen slaaptekort zo delirant worden dat ze hun vliegtuigen laten neerstorten (omdat ze in slaap zijn gevallen). Zelfs een enkele nacht doorhalen schaadt de rijvaardigheid even erg als dronken zijn. Het absoluut langste dat iemand vrijwillig wakker is gebleven voordat hij in slaap viel, is 264 uur (ongeveer 11 dagen) – een record dat in 1965 werd gevestigd door de 17-jarige Randy Gardner voor een wetenschapsbeursproject op de middelbare school. Voordat hij op dag 11 in slaap viel, was hij in wezen een groente met de ogen open.

Maar op welk moment zou hij zijn overleden?

In juni stierf naar verluidt een 26-jarige Chinese man 11 dagen na een slapeloze poging om elke wedstrijd van de Europacup te bekijken. Maar hij dronk ook alcohol en rookte, waardoor het moeilijk was de doodsoorzaak vast te stellen. Geen enkel mens is ooit definitief gestorven aan slaapgebrek alleen, en om voor de hand liggende ethische redenen kunnen wetenschappers het breekpunt niet in het lab vinden.

Ze hebben het echter wel met ratten gedaan. In 1999 hebben slaaponderzoekers van de Universiteit van Chicago ratten op een draaiende schijf boven een plas water gezet en continu de hersengolven van de ratten geregistreerd met een computerprogramma dat het begin van de slaap kon herkennen. Wanneer de ratten in slaap vielen, werd de schijf plotseling gedraaid om hen wakker te houden door hen tegen de muur te stoten en te dreigen hen in het water te slaan. De ratten stierven consequent na twee weken van deze ellende. Voordat ze stierven, vertoonden de knaagdieren symptomen van hypermetabolisme, een aandoening waarbij de stofwisseling in rust zo snel verloopt dat het lichaam overmatig veel calorieën verbrandt, zelfs als het volledig stil ligt. Hypermetabolisme wordt in verband gebracht met slaapgebrek.

Hoeveel straling kunnen we opnemen?

Straling vormt een gevaar op lange termijn omdat het DNA muteert, waarbij de genetische code wordt herschreven op manieren die kunnen leiden tot kankergroei van cellen. Maar hoeveel straling slaat je meteen dood? Volgens Peter Caracappa, een nucleair ingenieur en stralingsveiligheidsspecialist aan het Rensselaer Polytechnic Institute, zal 5 en 6 Sieverts (Sv) in de loop van een paar minuten te veel cellen versnipperen voor je lichaam om in één keer te herstellen. “Hoe langer de periode waarover de dosis wordt geaccumuleerd, hoe hoger dat bereik zou zijn, omdat het lichaam ook werkt om zichzelf in die tijd te herstellen,” vertelde Caracappa aan Life’s Little Mysteries.

Ter vergelijking, sommige werknemers van de Japanse kerncentrale van Fukushima absorbeerden 0,4 tot 1 Sv straling per uur tijdens het bestrijden van de kernramp afgelopen maart. Hoewel ze het op korte termijn overleefden, nam hun levenslange risico op kanker toe, hebben wetenschappers gezegd.

Zelfs als men zich verre houdt van kernrampen en supernova-explosies, verhoogt de natuurlijke achtergrondstraling die we allemaal op aarde ervaren (van bronnen zoals uranium in de bodem, kosmische straling en medische apparatuur) onze kans op het ontwikkelen van kanker in een bepaald jaar met 0,025 procent, zei Caracappa. Dit stelt een bizarre bovengrens aan de menselijke levensduur.

“Een gemiddeld persoon … die elk jaar gedurende 4000 jaar een gemiddelde achtergronddosis straling ontvangt, zou er, bij afwezigheid van alle andere invloeden, redelijk zeker van zijn dat hij een door straling veroorzaakte vorm van kanker zou krijgen,” aldus Caracappa. Kortom, zelfs als we er uiteindelijk in slagen om alle ziekten uit te roeien en de genetische commando’s uit te schakelen die ons lichaam vertellen om ouder te worden, pech: we zullen nooit ouder worden dan 4000 jaar.

Hoeveel kunnen we versnellen?

De ribbenkast beschermt ons hart tegen een harde dreun, maar het is een zwakke beveiliging tegen het soort geduw dat de technologie vandaag de dag mogelijk heeft gemaakt. Hoeveel versnelling kunnen onze organen verdragen?

NASA en militaire onderzoekers hebben vooruitgang geboekt bij het beantwoorden van die vraag met het oog op het veilig ontwerpen van ruimtevaartuigen en vliegtuigen. (Je wilt niet dat astronauten een black-out krijgen tijdens het opstijgen.) Zijwaartse versnelling – het schokken naar de zijkant – doet een nummertje op onze binnenkant vanwege de asymmetrie van de krachten. Volgens een recent artikel in Popular Science kan 14 Gs zijwaartse versnelling je organen van elkaar losrukken. Hoofd-naar-voet beweging, ondertussen, laat al het bloed naar de voeten stromen. Tussen 4 en 8 longitudinale Gs zal je knock-out slaan. (Een kracht van 1 G is de normale zwaartekracht die we hier op terra firma voelen, terwijl 14 Gs gelijk staat aan de aantrekkingskracht van een planeet die 14 keer zo massief is.)

Voorwaartse of achterwaartse versnelling lijkt het lichaam het gemakkelijkst te gaan, omdat ze het hoofd en het hart in staat stellen samen te versnellen. Militaire experimenten in de jaren veertig en vijftig van de vorige eeuw met een “menselijke vertrager”, in wezen een raketslee die heen en weer scheurde over de luchtmachtbasis Edwards in Californië, suggereren dat we kunnen vertragen met een snelheid van 45 Gs, of het equivalent van de zwaartekracht van 45 Aardes, en er nog steeds over kunnen praten. Bij die snelheid vertraag je van 630 mijl per uur tot 0 mijl per uur in fracties van een seconde over een paar honderd voet. We veranderen waarschijnlijk in een zak met reserve onderdelen tot ongeveer 50 Gs, schatten onderzoekers.

Welke veranderingen in de omgeving kunnen wij aan?

Individuen verschillen sterk in hoe goed zij afwijkingen van de normale atmosferische omstandigheden verdragen, of het nu gaat om veranderingen in temperatuur, druk of zuurstofgehalte van de lucht. De overlevingsgrenzen hangen ook af van hoe langzaam de veranderingen in de omgeving intreden, omdat het lichaam zijn zuurstofverbruik en metabolisme geleidelijk kan aanpassen aan de externe omstandigheden. Maar enkele ruwe schattingen van onze breekpunten kunnen worden gemaakt.

De meeste mensen zullen na 10 minuten aan hyperthermie lijden in extreem vochtige hitte van 140 graden Fahrenheit (60 graden Celsius). Dood door koude is moeilijker af te bakenen. Een persoon sterft gewoonlijk wanneer zijn lichaamstemperatuur daalt tot 21 graden Celsius, maar hoe lang dit duurt hangt af van hoe “gewend aan de kou” een persoon is, en of een mysterieuze, latente vorm van winterslaap intreedt, waarvan bekend is dat dit gebeurt.

De grenzen van overleven zijn beter vastgesteld voor langdurig comfort. Volgens een NASA-rapport uit 1958 kunnen mensen onbeperkt leven in omgevingen die variëren tussen ruwweg 40 graden F en 95 graden F (4 en 35 graden C), als deze laatste temperatuur optreedt bij niet meer dan 50 procent relatieve vochtigheid. De maximumtemperatuur gaat omhoog als het minder vochtig is, omdat een lager watergehalte in de lucht het gemakkelijker maakt te zweten, en dus koel te blijven.

Zoals blijkt uit elke sciencefictionfilm waarin de helm van een astronaut buiten het ruimteschip afgaat, hebben we het niet al te best met abnormale zuurstof- of drukniveaus. Bij atmosferische druk bevat lucht 21 procent zuurstof. We sterven aan zuurstofgebrek als die concentratie onder de 11 procent zakt. Te veel zuurstof is ook dodelijk, doordat het in de loop van een paar dagen geleidelijk ontstekingen in de longen veroorzaakt.

We vallen flauw als de druk onder 57 procent van de atmosferische druk zakt – gelijk aan die op een hoogte van 4.572 meter (15.000 voet). Klimmers kunnen hoger klimmen omdat ze hun lichaam geleidelijk aan de daling van de zuurstof aanpassen, maar niemand overleeft lang zonder zuurstoftank boven de 7925 meter.

Dat is ongeveer 8 kilometer (5 mijl) omhoog. De rand van het bekende heelal ligt zo’n 46 miljard lichtjaar verder weg.

Volg Natalie Wolchover op Twitter @nattyover of Life’s Little Mysteries @llmysteries. We zijn ook te vinden op Facebook & Google+.