Chlorophyll, wie wir es auf der Erde kennen, ist schätzungsweise zwischen 3 % und 6 % effizient bei der Umwandlung von Lichtenergie in nutzbare Biomasse. Dies unterstützt ein langsames Wachstum und keine Bewegung von Pflanzen, wie sie bei Pflanzenfressern oder Fleischfressern beobachtet wird. Weiter oben in der Nahrungskette sind Tiere direkt oder indirekt von Pflanzen abhängig, um große Mengen an Sonnenenergie in nutzbare Biomasse umzuwandeln. Angesichts der Tatsache, dass 3% Effizienz Aktivitäten auf menschlicher Ebene nicht unterstützen können, wie viel mehr Effizienz brauchen wir von der Photosynthese, um Menschen von Allesfressern in Photovoren zu verwandeln?
Annahmen:
Wie viel effizienter müsste ein auf Neo-Chlorophyll basierender Photosyntheseprozess sein, um Aktivitäten auf menschlicher Ebene mit der Oberfläche eines Menschen zu unterstützen?
Mich interessiert, wie viel effizienter die Photosynthese sein müsste, um den Energiebedarf des Menschen zu decken. Wie man diese erhöhte Effizienz erreicht, wird nicht als Teil einer guten Antwort erwartet (es sei denn, Sie arbeiten in der organischen Chemie und fühlen sich verspielt).
Der durchschnittliche erwachsene Mensch hat eine Oberfläche von 1,75 Quadratmetern. Nun, offensichtlich wird mindestens die Hälfte davon zu einem bestimmten Zeitpunkt von der Sonne weg zeigen, plus ein bisschen für die Haut an den Seiten des Körpers statt auf der Vorder- oder Rückseite. Ich weiß nicht genau, wie viel Skin tatsächlich nutzbar ist, aber wir gehen der Einfachheit halber davon aus, dass jeweils 0,75 Quadratmeter nutzbar sind.
" Eine durchschnittliche Menge an Sonnenlicht, die auf der Erdoberfläche pro Quadratmeter empfangen wird, beträgt 341 × 0,48 = 163 W / m² oder 15 Watt pro Quadratfuß. " Dies wird über die gesamte Oberfläche des Planeten gemittelt, einschließlich der Nachtseite. Wir müssen also keine weiteren Anpassungen vornehmen, da etwa die Hälfte der Zeit Nacht ist und Menschen nachts nicht in der Sonne sitzen können. Beachten Sie, dass diese Zahl jeglichen Energieverlust ignoriert, der durch die Atmosphäre wandert.
Ein Mensch verbraucht 96 Watt Leistung bei einer täglichen Ernährung von 2000 Kalorien.
Angenommen, Ihre Menschen leben an einem Ort, an dem die Nächte und Tage gleich lang sind, und dass sie den ganzen Tag ausgebreitet in der Sonne verbringen, wobei die maximale Menge ihres Körpers dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, ohne Pausen oder Bewegung, und dass es so ist nie trüb ist, liegt der geforderte Wirkungsgrad irgendwo im Bereich von 96/(0,75*163) = 78,5% . Das ist nicht wirklich erreichbar, es übertrifft bei weitem alles, was wir in der Natur oder im besten menschlichen Design sehen. Darüber hinaus setzt all dies voraus, dass keine Energie an irgendetwas verloren geht, während es durch die Atmosphäre wandert, in der Praxis wird ein erheblicher Teil der Energie von Wolken abprallen und dadurch verloren gehen. Menschen können wahrscheinlich nicht mit integrierten Solarstromsystemen in ihrer derzeitigen Form betrieben werden.
Es gibt jedoch zwei wichtige und leicht zu ändernde Terme in der obigen Gleichung. Pflanzen können ohne Sonnenlicht überleben, weil das Verhältnis zwischen ihrer der Sonne ausgesetzten Oberfläche und ihrem Energiebedarf viel größer ist als das eines Menschen. Wenn Ihre Variante beim Menschen in der Lage ist, entweder die Oberfläche der Haut, die sie der Sonne aussetzen, dramatisch zu vergrößern oder ihren Energieverbrauch drastisch zu senken, kann es möglich sein, vom Sonnenlicht zu leben.
Die Umwandlung von Licht in chemische/elektrische Energie ist nicht wirklich so einfach. Denken Sie daran, dass wir Objekte aufgrund des von ihm reflektierten Lichts sehen. Das schließt automatisch eine 100%ige Effizienz aus.
Zweitens wird ein Teil der erzeugten Energie verwendet, um Nährstoffe intern zu übertragen. Das sind Energiekosten und müssen von der verfügbaren Energie abgezogen werden.
Drittens beziehen Pflanzen Nährstoffe aus Boden und Luft sowie Energie aus der Sonne. Ihr photosynthetischer Mensch müsste immer noch essen und trinken. Es ist weitaus effizienter, an einem Ort zu stehen, um aktiv Nahrung aufzunehmen, als Energie zu verschwenden, indem man sich auf der Suche nach Nahrung bewegt.
Viertens bewirkt das Sonnenlicht eine Erwärmung der Blätter. Um sie zu kühlen, nutzen Pflanzen die Kapillarwirkung, um Wasser aus dem Boden zu ziehen, das an den Blättern verdunstet, diese kühlt und mehr Wasser anzieht. Ein Teil dieses Wassers wird verwendet, um CO2 zu binden und Kohlenhydrate zu bilden. Sie benötigen einen kontinuierlichen Wasserfluss, damit die Photosynthese funktioniert.
Die maximale Sonneneinstrahlung beträgt etwa 900 Wm^-2 am Mittag in den Tropen während einer Sonnenwende. Ein aufrecht stehender Mensch würde nur das Gebiss direkt auf seinem Kopf erhalten. Den Rest der Zeit würde das Sonnenlicht schräg auf ihn treffen, aber von der Seite, also weniger Energiedichte, aber über eine größere Fläche.
Was wirklich den Unterschied machen würde, ist diffuse Strahlung, dh Licht, das von seiner Umgebung reflektiert wird. In Gebieten wie Wüsten oder Eiswüsten würde dies die Strahlung des Strahls übersteigen, es bleibt jedoch ein Mangel an Wasser bzw. zugänglichen Nährstoffen.
Zusammenfassend funktioniert die Photosynthese nur dann wirklich, wenn man Wurzeln schlägt. Buchstäblich. Aus diesem Grund ist kein Tier photosynthetisch, obwohl dies ein gültiger und erforschter Evolutionsweg war, als der erste Parasit auftauchte.
Hinweis: Die Mathematik ist falsch (siehe Saidoros Kommentar) und der Posternaver kam zurück, um ihn zu bearbeiten. —Hrsg.
Dieser Artikel erledigt einiges an Laufarbeit für uns. Es berechnet die Energie, die ein einzelner Kubikzentimeter in 12 Stunden erhält, als 1,8 x 10^6 mJ
Sie haben bereits gesagt, dass ein erwachsener Mann 1,9 Kubikmeter groß ist, also multiplizieren Sie das Obige mit 190 Kubikzentimeter menschlicher Oberfläche, wenn wir davon ausgehen, dass jeder Zentimeter Haut die volle Energiemenge erhält (Kleidung ignorieren oder einfach mit dem Rücken zum Körper stehen). Sonne) und wir erhalten eine maximal mögliche Energie bei 100 % Wirkungsgrad von 3,42 x 10^8 mj in 12 Stunden.
Das war natürlich eine Berechnung der Energie in 12 Stunden. Seien wir wirklich großzügig und verdoppeln das, um die an einem Tag verfügbare Energie zu berechnen (wobei wir das ganze „Nacht“-Ding komplett ignorieren). Die maximal mögliche Energie, die wir erhalten könnten, beträgt 6,84 x 10 ^ 8 mj an einem Tag.
Der durchschnittliche Mensch verbrennt 1060 „Kalorien“ an Energie pro Tag . Ich setze „Kalorien“ in Anführungszeichen, weil das, was auf der Nährwertkennzeichnung von Lebensmitteln als Kalorien aufgeführt ist, wirklich eine Kilokalorie ist, aber jeder ist es gewohnt, die Kalorien zu nennen, die er bekommen würde verwirrt, wenn ich anfing, von tatsächlichen Kalorien zu sprechen.
Schließlich gibt es 4184 Joule in einer Kilokalorie. Somit verbrennt ein Mensch insgesamt 4435040 Joule pro Tag oder 4,43 x 10^6 Joule oder 4,43 x 10^9 mj
Wir müssen also 4,43 x 10^9 mJ Energie aus dem Sonnenlicht gewinnen, wenn höchstens 3,42 x 10^8 mJ Energie auf unsere Haut treffen. Wir bräuchten einen Wirkungsgrad von ca. 1200%
Wenn ich meine Mathematik nicht vermasselt habe, glaube ich nicht, dass die Photosynthese ausreichen wird :)
Anonym