Könnte ein biologisches Lebewesen Sauerstoff aus Oxidgesteinen oder durch den Abbau von H2O gewinnen?

Die kurze Antwort wird praktisch immer lauten : "Nicht ohne eine andere externe Energiequelle. Dann brauchen Sie den Sauerstoff auch nicht."

Das heißt, es gibt eine Art von Szenario, das Sinn machen könnte, auf das ich nach den Hauptsachen zurückkommen werde.

Wenn Chemikalien und Elemente reagieren, um Verbindungen zu bilden, bedeuten die gebildeten oder gebrochenen Bindungen, dass für die Reaktion zusätzliche Energie benötigt wird oder freigesetzte Energie abgegeben wird. (Technisch gesehen gibt es in dieser Aussage ein wenig Spielraum, aber nur einen winzigen Betrag, nicht genug, um einen makroskopischen Körper zu stützen.)

Sich selbst überlassen, neigen Verbindungen und Elemente dazu, chemisch gesehen die stabilsten Substanzen zu bilden, die sie können. Denn je reaktiver, desto einfacher ist es, ihre bestehenden Bindungen zu brechen, desto einfacher ist es, auseinander zu brechen und auf etwas anderes zu reagieren. Auch das ist ungefähr richtig, nicht technisch perfekt präzise.

Zum Beispiel sind elementare Sauerstoffatome unglaublich reaktiv, so dass Sie sie nie alleine herumwandern sehen - sie haben mit allem anderen reagiert, was vorhanden war, um Eisenoxid (mit Rost gebänderte Gesteine ​​​​im Laufe der Zeit) mit Eisen, Sauerstoffmoleküle mit anderem Sauerstoff zu bilden Atome, Wasser mit Wasserstoffatomen und so weiter. Dann werden sich im Wasser einige wieder aufspalten, von H ₂ O zu ionischen Formen im Gleichgewicht (H ⁺ und OH ^- ). Wenn wir Energie hinzufügen, können wir diese wieder aufspalten - Eisenoxid zurück zu Eisen- und Sauerstoffatomen, Wasser zurück zu Wasserstoff und Sauerstoffatome usw.

So kommt Ihr Organismus daher. Um den Sauerstoff aus diesen wieder zu befreien, ist immer ein Nettoenergieeinsatz erforderlich . Und weil bei solchen Prozessen immer Energie dissipiert wird, ist die nutzbare Energie, die sie über den entstehenden Sauerstoff erhält, einfach nicht die Energie wert, die sie bereits gewinnen musste, um sie in die Reaktion zu stecken, um den Sauerstoff überhaupt erst freizusetzen.

Beachten Sie, dass nichts davon technisch präzise ist und einige Schlupflöcher haben können. Vielleicht möchten Sie auf Chemistry Stack Exchange nachsehen, wenn Sie sich sicher sein müssen. Vielleicht finden Sie auch Wikipedia-Artikel über Sauerstoff in der Geologie und das große Ereignis/die Katastrophe der Sauerstoffanreicherung aufschlussreich. Aber das ist die grobe Antwort.

Das einzige große Schlupfloch ist folgendes:

Angenommen, eine Lebensform hat Zugang zu viel Energie (z. B. Sonnenlicht), benötigt aber für einen biologischen Prozess Sauerstoff (oder andere Elemente/Verbindungen, die nur in chemischen Kombinationen vorkommen). Dann könnte es die externe Energiequelle nutzen und sie verwenden, um Sauerstoff zu gewinnen und ihn intern aus seiner verfügbaren Form in eine nützlichere biologische Verbindung abzubauen.

Aber in diesem Fall würde es das Sonnenlicht als primäre Energiequelle verwenden, und ein Teil der Energie würde intern sozusagen in Sauerstoff für direktere interne Zwecke "umgewandelt", indem verwendet wird, um Sauerstoff von dem abzuspalten, was es ursprünglich ist kombiniert mit, bevor Sie es verwenden.

Es würde nicht annähernd so viel Energie aus dem Sauerstoff gewinnen wie das Sonnenlicht, mit dem es begonnen hat, aber vielleicht ist das in Ordnung. Vielleicht hat es mehr als genug primäre Energiequellen, aber biologisch entwickelt sich letztendlich Gestein als Sauerstoffquelle für biologische Prozesse, die in irgendeiner Weise begünstigt werden. Das ist wohl machbar. (Kohlenstoff-Leben wird im Untergrund gehalten, aber mit einem temperaturbeständigen „Flügel/Schwanz“ auf Siliziumbasis, der tagsüber extrudiert wird und von der immensen Rohenergie seines blauen/UV-heißen Sterns lebt, aber auf einem Wüstenplaneten ohne nennenswerte Quellen biologisch relevanter Chemikalien abgesehen aus unterirdischen Gesteinen und Ablagerungen???)

Das wäre ein bisschen so, als würden wir unsere Primärenergie aus Nahrung und Sauerstoff und so weiter gewinnen, aber wir versorgen uns nicht direkt damit. Stattdessen verwenden wir diese Dinge intern, um komplexe Moleküle auseinander zu brechen und Glukose und ATP zu erzeugen oder zu speichern, die wir dann direkter in unserem Körper verwenden, um die eigentlichen Muskeln anzutreiben , obwohl dabei viel von der ursprünglichen Energie, die wir erhalten haben, verloren geht So.

Photosynthese?

https://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthese

Sie haben vielleicht schon davon gehört. Sicher schnaufen Sie gerne das Sauerstoffprodukt der Photosynthese übermäßig. Und du und du. Sie besonders, Zeiss. Dieser Sauerstoff kommt aus dem Wasser.

Die Pflanzen halten den Wasserstoff aus dem Wasser, um Zucker herzustellen. Dann isst du das.

Nein, Sie können nicht wie wir Steine ​​für Sauerstoff verwenden, um organische Stoffe zu oxidieren und Energie zu gewinnen.

Es gibt jedoch eine Vielzahl von Reaktionen, die den Prozess ersetzen können, an dem Sie interessiert sind.

Insbesondere Schwefel ist in Form von „Steinen“ üblich und kann als schwächeres Mittel zur Oxidation von Stoffen verwendet werden. Damit es möglich ist, Beute zu jagen, und dann, anstatt zu atmen, während sie es verdauen, einige schwefelhaltige Steine ​​essen, um die Beute zu verdauen.

Das Problem ist, dass es wahrscheinlich viel langsamer sein wird und das Energiebudget auch etwas kleiner sein wird. Wir können Sauerstoff nicht gut in uns speichern, aber mit Schwefel ist es einfacher. So wird diese Kreatur viele Tage 'den Atem anhalten' können, wenn sie ihre Beute und genug Schwefelgestein gefressen hat. Trotzdem wird es insgesamt langsamer sein als wir atmenden Kreaturen, weil wir unser Oxidationsmittel nicht mitnehmen müssen, das etwa die Hälfte des Brennstoffgewichts ausmacht, und Sauerstoff gibt etwa doppelt so viel Energie ab, nachdem die Oxidation abgeschlossen ist. Im Hungermodus können wir also bei gleicher Stoffwechselrate etwa viermal so lange überleben.

Ein weiteres interessantes Konzept ist, dass diese Kreatur in einem Zeitrahmen von mehr als 10 Sekunden, aber weniger als 10 Minuten tatsächlich mehr Ausdauer haben kann. Dies ist, wenn wir durch unsere Fähigkeit zu atmen eingeschränkt sind. Dies ist ein guter Zeitrahmen für die Jagd. Nicht wie bei einem Hinterhalt, die Spitzenleistung wird ungefähr gleich sein, da die Jagd aus dem Hinterhalt nicht viel Atmen erfordert. Aber volle Verfolgungs- und Laufart der Jagd. Der Mangel an Muskeln zum Atmen, der Mangel an Lungen im Allgemeinen, das Fehlen eines massiven Ressourcentransfers können die geringere Energieabgabe pro Reaktion etwas ausgleichen und die Masse der Energiequelle verdoppeln.

Es gibt lithotrophe Organismen, die anorganische Substrate „fressen“, sowie chemotrophe Organismen. Sie können ein Elektron aus Eisen bekommen, das von Fe2+ zu Fe3+ oder Schwefel oder anderen anorganischen Stoffen geht. Einige können es nur mit dem Element tun, und bei anderen muss ein Wassermolekül beteiligt sein. Einige sind aerobe Prozesse, bei denen Sauerstoff als Teil der Atmung benötigt wird, andere sind ohne Sauerstoff anaerob.

Der Mond ist auch eine raue Umgebung, daher können auch Reaktionen auftreten, die durch ultraviolettes und in einigen Fällen sichtbares Licht katalysiert werden können. Das könnte zu einer Reihe verschiedener Reaktionen führen, bei denen ein Wassermolekül gespalten werden könnte. Es gibt Leute, die versuchen, diese Art von Systemen zu konstruieren, um CO2 zu spalten oder CO2 plus Wasser in Methan umzuwandeln usw. Mit dieser zusätzlichen Energie können Sie also möglicherweise das Gleichgewicht verschieben, sodass Sauerstoff durch das Gestein gewonnen werden kann.

Sie könnten auch daran denken, Sauerstoff aus Metalloxidverbindungen freizusetzen, indem Sie sie erhitzen, um den Sauerstoff freizusetzen. Wenn dann freier Sauerstoff in der Nähe wäre, würde es reoxidieren.

Flechten können wahrscheinlich winzige Mengen Sauerstoff freisetzen, da sie Säuren und Enzyme verwenden, um Mineralien zu zersetzen. Sie stellen natürlich ihren eigenen Sauerstoff durch Photosynthese her. Sie stellen sich wahrscheinlich etwas mit einer viel höheren Stoffwechselrate vor, aber Flechten sind näher dran als die meisten uns bekannten Lebensformen, die in extremen Umgebungen existieren könnten.