Warum wir rotes Blut haben

Aus den Daten in der Antwort auf diese Frage geht hervor, dass Hämoglobin bei weitem der effizienteste Sauerstoffträger ist, den wir kennen. Wenn daher die effiziente Sauerstoffversorgung des Blutes für die Spezies wichtig ist, dann würde es keinen Vorteil (na ja, sehr wenig, siehe unten) geben, Blut unterschiedlicher Farbe zu haben. Allenfalls wäre es ein Nachteil, da Ihnen die Bewegung etwas schwerer fallen würde und Sie schneller atmen müssten, um genügend Sauerstoff in Ihren Körper zu bekommen. Im schlimmsten Fall wäre es lähmend, weil die kleinste Erhöhung des Sauerstoffbedarfs des Körpers unmöglich zu bewältigen wäre.

Warum andere Arten das nicht tun

Schauen Sie sich die Beispielarten an. Mollusken zum Beispiel, obwohl sie Sauerstoff verbrauchen, werden nicht stark beansprucht, sodass die Entwicklung eines hocheffizienten Trägers nicht erforderlich war. Eine Abhängigkeit von einer konsequenten Eisenzufuhr zu entwickeln wäre daher ein Nachteil - kein Grund für Hämoglobin. Ich habe versucht herauszufinden, ob es ein dokumentiertes Anämie-Äquivalent für Hämocyanin gibt, aber überraschenderweise hat niemand Fälle von Anämie bei Mollusken untersucht, wie gut sie auch waren. Vermutlich müsste eine Hämocyanin verbrauchende Lebensform immer noch Kupfer aufnehmen, um die Sauerstoffträger zu erzeugen, aber das könnte für Mollusken einfacher sein als Eisen.

Warum man vielleicht kein rotes Blut hat

Es gibt eine wichtige Folge unseres roten Blutes, die unter bestimmten Bedingungen als Nachteil angesehen werden könnte

Die Verwendung von Hämoglobin als Sauerstoffträger erfordert, dass Sie ausreichend Eisen aufnehmen, um die Konzentration in Ihrem Blut aufrechtzuerhalten – wenn Sie dies nicht tun, führt dies zu einer dramatischen Verringerung der Sauerstofftransportfähigkeit Ihres Blutes, auch bekannt als Anämie . Der einfachste Grund für andersfarbiges Blut ist also, wenn die Einnahme von Eisen nicht einfach ist und/oder die Sauerstoffversorgung für Sie als Spezies nicht so wichtig ist.

Für Menschen (oder eine andere Lebensform ähnlicher Struktur mit einem erheblichen Sauerstoffbedarf) könnten Sie eine Umgebung vermuten, in der Eisen nicht aufgenommen werden kann, entweder aufgrund anderer physiologischer Veränderungen (aus irgendeinem Grund giftig) oder der Abwesenheit von Umwelteinflüssen (kein Eisen zu aufnehmen). Ich habe hier einen Artikel gefunden, der andeutet, dass Hämocyanin als potenzielles Heilmittel/Helfer für schwangere Frauen, die an Anämie leiden, verwendet oder zumindest vorgeschlagen wurde (Eisenmangel ist während der Schwangerschaft sehr häufig, da er Ihre Fähigkeit, Nahrung bei sich zu behalten, völlig beeinträchtigen kann zu den zusätzlichen Nährstoffen, die der wachsende Fötus benötigt). Der zusätzliche Sauerstoffträger im Blut ergänzte die niedrige Hämoglobinversorgung ausreichend, um einer Anämie vorzubeugen.

Theoretisch könnten wir Hämocyanin in unserem Blutkreislauf verwenden, wenn wir aus irgendeinem Grund kein Hämoglobin produzieren könnten. Die Oxygenierung wäre nur 40 % so effektiv , aber es gibt plausible Situationen, in denen dies in Ordnung sein könnte. Ein Planet ohne Eisen und mit geringerer Schwerkraft könnte beispielsweise theoretisch funktionieren – weniger Muskelmasse bedeutet weniger Sauerstoffbedarf.

Sie könnten sogar eine Weltuntergangssituation haben, in der Eisen aus irgendeinem Grund nicht verfügbar ist und die Menschen Hämocyanin verwenden müssen, um zu überleben. Sie wären wahrscheinlich immer noch verdammt krank (siehe hier für einige Details zu Hämoglobinwerten, ein äquivalenter Wert von 40 % würde Sie ernsthaft anämisch machen), aber Sie könnten dem vielleicht entgegenwirken, indem Sie Ihr System mit Hämocyanin überfluten, was sicherlich der Fall wäre gebe dir blaues Blut. Es wären jedoch andere interessante Nebenwirkungen zu berücksichtigen, wie Kupfertoxizität / Metallvergiftung und oxidativer Stress , die sie möglicherweise sowieso töten würden!

Sie können sich eine feudale Gesellschaft vorstellen, die sich bilden würde – mächtige Leute, die das letzte Eisen horten, um sich gesund zu halten, die Mittelschicht, die mit Behandlungen auskommt, um mit der Vergiftung durch das Hämocyanin zu helfen, die Bauernklasse im Grunde verkrüppelt. Die Blaublüter würden unweigerlich kleiner und weniger stark, da ihre Körper nicht in der Lage wären, sich den Sauerstoff für viele Muskeln zu leisten, was zu einem physiologischen Riss führen würde. Vielleicht würden Leute von der Hämocyanin-Seite nach einer schrecklich langen Zeit (oder mit ein wenig wissenschaftlicher Hilfe) auf natürliche Weise eine interne Produktion und Kupferaffinität entwickeln. Nicht länger von ihrem Eisenmangel heruntergezogen, könnte das das Kräfteverhältnis verändern ...

Ich kann mir mehrere Gründe vorstellen.

Knappheit

Wie @IStanley erwähnte, wäre ein weiteres Sauerstofftransportmolekül mit anderen Metallionen erforderlich, wenn Eisen in der Umgebung des Organismus nicht in ausreichenden Mengen verfügbar wäre.

Andere Umgebung

Gemäß dieser Tabelle zum Vergleich der Sauerstoffaufnahme von Sauerstofftransportmolekülen:

Die unterschiedlichen Sauerstofftransportmoleküle arbeiten unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen mit unterschiedlicher Effizienz.

Niedrige Sauerstoffpartialdrücke

Auf dem Diagramm sieht es so aus, als ob auf Iridium (Ir - ein platinähnliches Edelmetall) basierende Sauerstofftransportmoleküle bei sehr niedrigen Sauerstoffpartialdrücken besser funktionieren als Hämoglobin. In einer nahezu anaeroben Umgebung würde es also viel besser funktionieren als Hämoglobin.

Unterschiedliche Temperaturregime

Das obige Diagramm zeigt nur die Variabilität der Effizienz für einige der Sauerstofftransportmoleküle. Vermutlich variieren sie alle in ihrer Wirksamkeit über die Temperatur sowie den Sauerstoffpartialdruck. Es ist daher davon auszugehen, dass verschiedene Sauerstofftransportmoleküle wie der Sauerstoffpartialdruck bei niedrigeren oder höheren Temperaturen als der menschlichen Körpertemperatur (z. B. 37 C / 98,6 F) wirksamer werden.

Fazit

Alle Organismen werden darauf beschränkt, nur die Elemente zu verwenden, die in ihrer Umgebung leicht verfügbar sind. Obwohl Eisen allgemein etwa 100-mal häufiger vorkommt als Kobalt und viel häufiger als einige dieser anderen Elemente, können Sie sich leicht Umgebungen vorstellen, in denen Eisen lokal nicht verfügbar oder weniger verfügbar ist als diese anderen Metallionen.

Auch andere Umweltfaktoren beeinflussen die Funktion dieser Moleküle. Es ist schwer zu sagen, basierend auf diesem einzelnen Diagramm, aber es sieht so aus, als ob die folgenden Beobachtungen wahr sein könnten.

Bei niedrigen Sauerstoffpartialdrücken (nahezu anaerobe Umgebungen) kann Cobaltodihistidin einen besseren Sauerstofftransport als Hämoglobin bieten.

Bei hohen Sauerstoffpartialdrücken funktionieren Iridium-basierte Moleküle möglicherweise besser als Hämoglobin.

Bei niedrigen Temperaturen wirkt Coboglobin möglicherweise besser als Hämoglobin.

Bei hohen Temperaturen wird vermutlich ein anderes Sauerstofftransportmolekül effektiver.

Einige der Referenzen aus dieser Antwort zu den Farben des Blutes bieten interessantes Lesematerial zu diesem Thema.