Könnte ein Lebewesen Kohlenmonoxid einatmen?

Was Sie brauchen, ist ein Organ, das als biologischer Katalysator fungiert

Und ich liebe die Idee. Ihre Welt ist reich an Platin! Ihr Leben hat sich so entwickelt, dass es nicht stirbt, wenn der Platinspiegel im Körper zu hoch wird. Und erschrockene Astronauten entdeckten, dass diese besondere Kreatur einen natürlichen Katalysator in ihrer Speiseröhre entwickelt hatte. Das Ergebnis ist, dass die Kreatur tatsächlich Kohlendioxid einatmet .

Was kein Problem ist! Weil das CO2 durch den Blutstrom zur Hautoberfläche transportiert wird, wo Chlorophyll es (vereinfacht gesagt) in Zucker und O2 umwandelt.

Ihre Kreatur wird ein sehr schönes Grün sein. Grün, mit Zähnen! Und es könnte ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Körpergewicht erfordern. Also denke ich an einen großen, fetten Frosch, der wie ein Trottel aussieht.

Zugegeben, ich bin zu dem Schluss gekommen, eine Referenz außerhalb der Welt zu verwenden. Die Idee lässt sich leicht an ein technisiertes terrestrisches Wesen anpassen, das ein brillanter Gedanke in den Zwanzigern unsere sterbende Erde verbessern würde – bis er entdeckt, dass sie sich zu schnell vermehrt und den Geschmack von Blut mag! Verwenden Sie die Standard-Horrorfilm-Themenmusik der 1950er Jahre. Fügen Sie eine Szene ein, in der der Mittzwanziger schluchzt und etwas sagt wie: „Ich wusste es nicht! Ich wollte nur die Welt zu einem besseren Ort machen!“ und wir sind dabei wie Flynn.

Ja, irgendwie

Sie können sicherlich einen organischen Stoffwechsel entwerfen, bei dem ein Lebewesen keinen Sauerstoff einatmen muss und sich von einer Atmosphäre aus Kohlenmonoxid ernähren kann. Dies wird jedoch seltsam funktionieren, da Kohlenmonoxid in der organischen Chemie nicht wirklich gut funktioniert. Es beherbergt eine seltene Dreifachbindung und hat eine Bindungsenergie von 1072 kJ/mol. Nehmen wir an, Sie wollten den Sauerstoff aus dem Kohlenmonoxid nehmen. Ein Mensch benötigt etwa 16,9 mol Sauerstoff pro Tag, das sind also etwa 18 mJ oder nur 4333 Kalorien. Die gute Nachricht ist, dass Sie die Kohlenstoffradikale mit etwas Ersatzwasser kombinieren können, um etwa ein halbes Kilo Zucker herzustellen, und das bringt Ihnen etwa 1900 Kalorien zurück. Tatsächlich tun Pflanzen genau das – sie verwenden KohlendioxidOxid, um Zucker herzustellen, und da Kohlendioxid viel einfacher zu verwenden ist und Sie doppelt so viel Sauerstoff erhalten, ist es tatsächlich effizient! ...Im Gegensatz zu unserem System.

Abgesehen davon, dass alle Zahlen, die ich Ihnen gerade gegeben habe, leicht falsch sind. Die organische Chemie ist nicht perfekt, was bedeutet, dass trotz der Tatsache, dass all dies möglich ist, wahrscheinlich ein Prozess von mehr als 18 mJ pro Tag erforderlich sein wird, um den Sauerstoff vom Kohlenstoff abzuspalten und den Kohlenstoff wieder in Zucker umzuformen, was zwar theoretisch ist frei sein sollte, wird auch etwas Energie zum Lenken benötigen, was bedeutet, dass ein Mensch mit diesen Prozessen zusätzliche 3.000 Kalorien pro Tag oder so benötigen könnte, und es wird wie eine sehr modifizierte Version des Calvin-Zyklus aussehen.

Warum entwerfe ich ein System, das nur den Sauerstoffverbrauch ergänzt, wenn es so schwierig ist? Nun, weil Sauerstoff in der organischen Chemie einfach so gut ist. (Es sollte auch beachtet werden, dass das Extrahieren von Sauerstoff aus Wasser eine weitaus geringere Bindungsenergie hat und sinnvoller ist, aber Sie haben einen 'Kohlenmonoxid'-Atmer angegeben, also ...)

Wenn Ihre Biester, was auch immer sie sind, einen aeroben Stoffwechsel haben, brauchen sie Sauerstoff. Sie können CO durchaus als Teil eines Stoffwechselprozesses verwenden, z. Kohlenmonoxid als Elektronendonator für die biologische Reduktion von Sulfat , und es gibt nützliche Reaktionen zur Wasserstofferzeugung, wenn Sie es mit Wasser kombinieren, aber es gibt keine energieerzeugenden Reaktionen, bei denen es Sauerstoff ersetzen kann.

Anaerobe Dinge, vielleicht sogar so komplex wie Pflanzen (oder zumindest Algen)? Sicher. Tiere? Weniger plausibel.

Das größte Problem mit Kohlenmonoxid für Tiere ist, dass es mit einer viel größeren Affinität als Sauerstoff an Hämoglobin bindet. Chordaten sind die einzigen Tiere, die dadurch ernsthaft geschädigt werden. Insekten sind dagegen relativ immun, ebenso wie Pflanzen.

Das größte Problem, das Sie mit einer CO-Atmosphäre haben, ist ihre Fähigkeit, sowohl zu oxidieren als auch zu reduzieren. In einer Mischung mit Sauerstoff verbrennt es tatsächlich das Gas in Öfen, das früher eine CO / H2-Mischung (Syngas) war, und CO verbrennt von selbst. Andererseits wird es in einer Methanatmosphäre das Methan zu Wasser reduzieren (wobei Kohlenstoff und Wärme freigesetzt werden). Die frühe Erde hatte eine Methan-Stickstoff-CO2-Atmosphäre mit möglichen Spuren von CO.

Es ist durchaus möglich, dass Dinge in einer Atmosphäre mit einem hohen CO-Anteil leben. Wenn Sie es für den Stoffwechsel verwenden möchten, denken Sie daran, dass Sie aus umgewandeltem Zucker, Fett usw. nur etwa 20% der Energie erhalten, die Sie erhalten würden Holen Sie sich mit einem Sauerstoffatmer.

Das OP hat in Kommentaren erklärt, dass "es eine seltsame Situation ist, effektiv völlig fremde Umgebungen für uns, die gerade irgendwie begonnen haben, auf der Erde zu existieren, mit diesen Lebensformen in ihnen".

Das Problem ist, dass Sie von hier aus nicht dorthin gelangen , wenn wir über terrestrische Lebensformen sprechen . Terrestrische Lebensformen haben sich so entwickelt, dass sie auf den Sauerstoffstoffwechsel angewiesen sind, und Kohlenmonoxid verklebt effektiv die Arbeit, insbesondere indem es an der Cytochromoxidase haftet und den Sauerstoffstoffwechsel verhindert . Sobald dies geschieht, hört der aerobe Stoffwechsel auf, bis das CO entfernt werden kann und die Zellen zurückfallen müssen zum anaeroben Stoffwechsel.

Also, es sei denn, diese Lebensformen sind plötzlich in der Lage, CO zu verstoffwechseln – was nicht nur mit einer einzigen Mutation passiert, oder sind irgendwie in der Lage, mit hohen Mengen an Stoffwechselabfällen wie Milchsäure oder Alkohol aus dem anaeroben Stoffwechsel fertig zu werden, was ebenfalls gewonnen wird. Wenn es nicht nur mit einer einzigen Mutation passiert, haben Sie Pech. Die Wahrscheinlichkeit, dass mehrere Mutationen dies ermöglichen, ist verschwindend unwahrscheinlich.

Es gibt jedoch absolut keinen Grund, warum Lebensformen, die sich auf einer Welt mit hohem CO-Gehalt entwickelt haben, sich nicht so entwickelt haben könnten, dass sie CO in ihrem Stoffwechsel nutzen, es sowohl produzieren als auch verbrauchen können. Vielleicht sind diese Lebensformen außerirdischen Ursprungs und wandeln unsere Umgebung so um, dass sie ihrer eigenen besser entspricht. Es gibt keinen Grund, warum Lebensformen, die CO verstoffwechseln können, in Abwesenheit von CO nicht überleben könnten, nur mit Sauerstoff und Kohlendioxid … sie würden nur ihr eigenes Kohlenmonoxid produzieren .

Also, ich würde sagen, dass diese Lebensformen, die „nur erscheinen“, nicht so sehr terrestrische Lebensformen sind, die mutieren , als dass nicht -terrestrische Lebensformen (die zufällig wie terrestrische Lebensformen aussehen) ankommen .

Ja, aber nicht als direkter Ersatz für Sauerstoff.

Kohlenmonoxid ist ein starkes Reduktionsmittel; es will Elektronen abgeben, nicht annehmen, und es ist ziemlich brennbar. CO-Gas existiert jedoch im Gleichgewicht mit CO2 und Kohlenstoff, und in den richtigen Temperatur- und Druckbereichen ist es energetisch sehr günstig, dass CO disproportioniert und aus 2 CO-Molekülen CO2 und C erzeugt. So kann Ihre Kreatur Energie direkt aus dem Gas erzeugen, das sie einatmet, ohne Nahrung zu benötigen, solange sie mit dem elementaren Kohlenstoffabfall umgehen kann.

Angenommen, wir bleiben so nah wie möglich an der Erdlingsbiologie (anstatt beispielsweise Aliens auf Eisenbasis zu entwerfen, die Link-Metall-Carbonyle trinken), dann könnte die Kreatur auch Wasserstofffermentation verwenden und den resultierenden Wasserstoff mit Kohlenstoffradikalen reagieren lassen, um Methan zu produzieren , wodurch Sie ein wenig zusätzliche Energie erhalten, das Abfallkohlenstoffproblem beseitigt und indirekt CO-Gas und Nahrungsaufnahme verbindet.