Das hängt davon ab, was Sie unter „CO2 einatmen“ verstehen. Wir atmen mit jedem Atemzug eine bestimmte Menge CO2 ein – derzeit etwa 400 ppm – und atmen Luft mit etwa 38.000 ppm aus. Menschen und andere Tiere können also eine bestimmte niedrige CO2-Konzentration in der Luft, die sie atmen, tolerieren – ja, verlassen sich darauf.

Viel höhere Konzentrationen werden uns jedoch töten. CO2 ist ein Abfallprodukt und muss aus dem Körper entfernt werden.

Das Atmen in dem Sinne, dass wir Sauerstoff atmen, ist absolut unmöglich. Wir gewinnen Energie durch die Reaktion von O2 mit Kohlenhydraten &c in der Nahrung, wobei CO2 als Abfallprodukt entsteht. Es muss keine Energie mehr gewonnen werden, indem das CO2 mit irgendetwas umgesetzt wird, das vernünftigerweise in einer erdähnlichen Umgebung gefunden werden könnte. Wir müssten Pflanzen irgendwie nachahmen und eine externe Energiequelle wie Sonnenlicht verwenden, um das CO2 in O2 und C zu spalten.

Aber die Photosynthese hängt von der Oberfläche ab. Ein Mensch benötigt viele hundert Quadratmeter Photosynthesefläche, um seinen Energiebedarf zu decken.

2 Arten von Mitochondrien haben

Soweit es heute akzeptiert wird, waren unsere Mitochondrien, die Organellen, die uns das Atmen ermöglichen und diejenigen, die den Sauerstoff benötigen, einst Bakterien, die an der aeroben Atmung beteiligt waren, die dann von einer euchariotischen Vorfahrenzelle fagozitiert wurden und eine Symbiosebeziehung mit ihnen entwickelten es und verwandelt sich im Wesentlichen in ein Zellorgan. Der Grund, warum Pflanzen Photosynthese betreiben können, liegt darin, dass sie, wie wir vermuten, auch ein anderes Bakterium gefressen haben, das zur Photosynthese fähig war.

Nun zuerst, warum O2? Nun, Sauerstoff wird als letzter Elektronenakzeptor in unserem Atmungszyklus verwendet, wird mit Wasserstoff kombiniert, um Wasser zu bilden und die Energie zur Bildung von ATP bereitzustellen. Um also CO2 zu atmen, müssten wir es auch als Elektronenakzeptor verwenden können. Glücklicherweise hat CO2 diese Funktion bereits in einigen Bakterien, die keinen Sauerstoff verwenden. Diese Bakterien, die als methanogen bekannt sind, verbinden Kohlendioxid mit Wasserstoff, um Methan und Wasser zu bilden, und gedeihen normalerweise in Sümpfen und anderen Orten, an denen Sauerstoff nicht so weit verfügbar ist.

Ein mögliches Szenario, das es uns ermöglicht, beide Partikel zu verwenden, würde also eine Änderung bis zu der Zeit erfordern, als wir einzellige Organismen waren, und eine Variation unserer methanogenen Bakterien konsumieren, sowie diejenige, die zu unseren Mitochondrien werden würde, könnte möglicherweise eine ermöglichen ganzen Planeten von Lebewesen, die sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zum Atmen verwenden können. Diese Verwendung von CO2 erfordert jedoch mehr Wasserstoff als die Verwendung von Sauerstoff und setzt neben Wasser auch Methan frei, wobei Methan in hohen Konzentrationen als erstickendes Gas gilt, was bedeutet, dass Ihre neuen Menschen spezielle Stoffwechselprozesse benötigen würden, um mit dieser Chemikalie fertig zu werden, so I Ich würde davon ausgehen, dass seine Verwendung fakultativ und auf sauerstoffarme Umgebungen beschränkt ist, in denen CO2- und wasserstoffreiche Lebensmittel reichlich vorhanden sind.

Hinweis : Obwohl es sich nach einer kleinen Änderung anhört, bedeutet die Fähigkeit, CO2 zu verwenden (ein Gas, das in ausreichend hohen Mengen giftig ist und bei unserer Spezies häufig für die Senkung des Blut-pH-Werts verantwortlich ist), dass diese Menschen eine Gruppe von Unterschieden in ihrem Stoffwechsel haben WERDEN. Diese Menschen, wie auch die anderen Tiere, werden also nicht nur eine exakte Kopie von uns und unseren Tieren mit einer zweiten anderen Gruppe von Mitochondrien sein. Die bloße Entwicklung eines solchen Merkmals würde zeigen, dass es vorteilhaft war, und auf die Existenz bestimmter Umgebungen in der Welt hinweisen, aus denen diese Menschen stammen, die einen niedrigen Sauerstoffgehalt, aber einen ausreichend hohen CO2-Gehalt aufweisen, damit der Körper es zur Produktion verwenden kann ATP oder andere verschiedene Arten von Druck, die dazu führten, dass diese Eigenschaft als vorteilhaft ausgewählt wurde.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ihre Menschen, wie die meisten anderen Tiere in Ihrer Welt, zwei verschiedene Arten von Mitochondrien haben, in der Lage sein werden, sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zu atmen, und wahrscheinlich einige Stoffwechselstrategien haben werden, um diese Fähigkeit zu berücksichtigen und damit umzugehen das Methan, da es ständig durch ihren Blutkreislauf fließen wird, bis es in der Lunge ausgeschieden wird. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sie sich so entwickeln, dass sie mehr Wasserstoff aus der Nahrung aufnehmen können.

Nicht ohne unsere Ernährung radikal zu ändern.

Es gibt Organismen, die Kohlendioxid atmen: Methanogene. Sie verlassen sich darauf, auch einen ökologischen Überschuss an Wasserstoff zur Verfügung zu haben, um CO2 zu Wasser und Methan zu reduzieren.

Die von Eukaryoten, einschließlich Menschen, verwendeten Nahrungsmoleküle – Dinge wie Zucker und Lipide – haben nicht annähernd einen ausreichend hohen Anteil an Wasserstoff (oder anderen starken Reduktionsmitteln wie Magnesium), um es lohnenswert zu machen, überschüssiges CO2 einzuatmen.

Andererseits könnten sich Menschen durch eine Kombination aus Fermentation und fakultativer anaerober Atmung, die Glukose in Essigsäure umwandelt, möglicherweise so entwickeln (oder zumindest manipuliert werden), dass sie überhaupt nichts atmen müssen und sowohl CO2 als auch Methan als Abfallprodukte ausatmen und spaltet dann Essigsäure in CO2 und Methan auf Kosten der Notwendigkeit, mehr Nahrung zu sich zu nehmen, um die geringere Energieausbeute im Vergleich zur aeroben Atmung auszugleichen.

Es ist viel sinnvoller , Menschen dazu zu bringen, überhaupt nichts zu atmen.

Chemisch gesehen ist Sauerstoff wie eine Batterie . Es hat viel Energie und will mit Dingen reagieren, um es loszuwerden. Wir Menschen (und die meisten Dinge, die Sie als „Leben“ bezeichnen) nutzen diese Tatsache, um unsere Bedürfnisse als Organismen zu befriedigen. Nachdem Sie den Sauerstoff mit Dingen reagieren und die Energie freisetzen, erhalten Sie CO2, das wie eine leere Batterie ist . Es gibt nicht so viele Dinge, die Sie am Ende haben könnten, die weniger Energie haben als CO2.

Pflanzen atmen leeres Batterie-CO2 für Abfall ein und verwenden die Materialien, um Zucker zur Speicherung von Sonnenenergie zu konstruieren. Sie können sich eine Pflanze so vorstellen, dass sie die leeren Batterien, die sie einatmen, mit Sonnenlicht auflädt, um eine anders geladene Batterie herzustellen , in diesem Fall Zuckermoleküle. Sie bauen sogar ihre Körper aus Zucker, indem sie riesige Blätter aus Zuckermolekülen namens Zellulose erzeugen, die sie für ihre Struktur verwenden, aber das ist eine andere Geschichte.

Das Einatmen von CO2 ist wie das Sammeln leerer Batterien – ziemlich nutzlos, es sei denn, Sie haben eine andere Energiequelle, um sie aufzuladen. Sie könnten jedoch Lebensmittel haben, die die gesamte Energie liefern, die ein Organismus benötigt, ohne die chemische Notwendigkeit einer Sauerstoffversorgung. Das offensichtlichste Beispiel ist Schießpulver, das tatsächlich sowohl unter Wasser als auch im Weltraum brennen kann und dabei seine Energie freisetzt. Sie könnten auch Sauerstoff oder andere Oxidationsmittel in der Nahrung selbst enthalten. Grundsätzlich ist jede Raketentreibstoffmischung geeignet, da sie im Weltraum brennen können muss.

Alles, was Sie ohne Sauerstoffversorgung in Brand setzen können, ist ein guter Kandidat für eine "Nahrung", von der Menschen sich ohne Sauerstoff in der Luft ernähren könnten. Schließlich ist an dem Satz „Kalorien verbrennen“ etwas Wahres dran. Wir sind viel mehr wie ein Motor, als viele glauben.

Ich würde mit der Faustregel "Wenn es ohne Luft brennt, funktioniert es" herumspielen. Ich bin gespannt, auf welche interessanten Ideen Sie kommen!

Wie konnten sich Menschen entwickeln , um sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid zu atmen?

Okay, sie atmen also schon Sauerstoff. Wir müssen nur CO2 hinzufügen. Überraschenderweise ist es im Prinzip nicht allzu schwierig.

Was wir brauchen, nennt sich "zelluläre Endosymbiose", die mit einer Infektion durch einen photosynthetischen einzelligen Organismus (wahrscheinlich eine sehr einfache Alge) beginnt. Die Infektion wird Ihnen grüne Haut geben, und die Alge gibt Glukose und Sauerstoff in den Blutkreislauf ab, wobei sie Wasser und Kohlendioxid aufnimmt.

Sobald die Details der Symbiose ausgearbeitet sind, kann die Alge einen beträchtlichen Teil ihrer Zellmaschinerie aufgeben und sich der Photosynthese und Fortpflanzung widmen (ich habe gerade bei Wikipedia entdeckt, dass diese spezielle Art der Endosymbiose Kleptoplastie genannt wird ) .

Wir wissen, dass dies möglich ist, weil es in der Vergangenheit passiert ist (auf diese Weise gelangten Chloroplasten in die Pflanzen, genau wie Mitochondrien in Menschen), und es ist sogar in einem Organismus höherer Ordnung wie Elysia Chlorotica passiert .

Dies ist kein vollständiges "Atmen", da die für einen menschlichen Stoffwechsel erforderliche vollständig beleuchtete Oberfläche in der Größenordnung von zehn bis zwanzig Quadratmetern liegt, während ein Mensch nur zwischen 1,5 und 2 Quadratmetern hat. Wir können uns vorstellen, die Algeneffizienz stark zu verbessern und dem Menschen einen "energiesparenden" Betriebsmodus zu bieten, ähnlich wie Lethargie oder Koma. Im Notfall könnte ein Mensch fast unbegrenzt (vorausgesetzt, er kann auch seine eigenen Abfälle recyceln) allein mit Sonnenlicht überleben, ohne überhaupt zu atmen.

Eigentlich müsste ein Mensch erst dann atmen, wenn der zusätzliche Stoffwechselbedarf die Hautkapazität überfordert und die Außenluft genügend O2 enthält. Andernfalls würde die Atmung aussetzen und der Stoffwechsel müsste verlangsamt werden (das passiert bereits beim sogenannten Capnic-Reflex), damit die Haut eine Chance hätte, das metabolische CO2 loszuwerden.

SF-Literatur

In Beggars' Ride wird eine (nicht auf Organellen basierende) DNA-Modifikation vorgestellt, die dem Menschen eine vollständige Autotrophie ermöglicht - "eine halbe Stunde in der Sonne" reicht für den Stoffwechsel eines Tages aus (was unmöglich ist: Der Sonnenfluss beträgt höchstens etwa 1,5 kW / m² am Äquator, also würde eine halbe Stunde in der Sonne etwa 750 Wh Energie liefern, das sind etwa 650 Kilokalorien, während ein menschlicher Stoffwechsel etwa 2000 benötigt , würden Sie etwas mehr als zwei Stunden Dauerbelichtung benötigen, und das setzt eine 100%ige Effizienz voraus; gewöhnliche Photosynthese beträgt etwa 5%) .

In Heart of the Comet wurden Menschen mit künstlichen Organellen namens Cyanut versorgt, die von Methan, Cyanidverbindungen und Schwefelsäure leben und sie aus dem Blutkreislauf ihrer Wirte entfernen, um ihnen ein sichereres Überleben auf dem Halleyschen Kometen zu ermöglichen.