Sind Plastikpflanzen plausibel?

Ich würde sagen, Ihre erste Frage ist nicht wirklich zu beantworten. Wenn Sie mit lebensfähig meinen: "Können sie existieren?" dann denke ich, ist die Antwort: nicht mit irgendetwas, das der gegenwärtigen terrestrischen Biologie ähnlich ist, aber man könnte es mit der Hand winken und sagen, dass die Evolution eine völlig neue Biochemie entwickelt hat. Es scheint unwahrscheinlich, aber ich gebe es zu, da dies die gesamte Prämisse der Frage ist. Der zweiten Frage kann jedoch ein wenig nachgegangen werden.

Also stelle ich die Fragen: Wofür verwenden echte Pflanzen Zellulose, und was würde der Austausch gegen PVC mit den Eigenschaften dieser Pflanzen bewirken? Was sind ferner die langfristigen Konsequenzen für anderes Leben und die größere Ökologie des Planeten?

Dies ist die Struktur von Polyvinylchlorid oder PVC:

Wie Sie sehen können, ist PVC eine ziemlich einfache Substitution eines Chloratoms durch ein Wasserstoffatom in einem ( langen ) linearen Alkan.

Dies ist die Struktur für Zellulose:

Offensichtlich sehr unterschiedlich. Unsere Erwartung für die Zukunft sollte also sein, dass sie sich ganz anders verhalten werden. Wofür verwenden moderne Pflanzen Zellulose? Es wird in starker Annäherung hauptsächlich als Strukturbestandteil in Pflanzen verwendet. Daher wollen wir wissen, wie es sich strukturell von PVC unterscheidet. Nun, es gibt viele Holzarten und andere strukturelle Zellulosematerialien, aber ich werde einen Vergleich mit Weichholz (wie Kiefer) als ziemlich durchschnittlichem Vertreter anstellen. Ich möchte auch darauf hinweisen, dass die Daten, die ich mir anschaue, für nicht weichgemachtes (hartes) PVC gelten. Sie können dem PVC einen Weichmacher hinzufügen, um seine Eigenschaften erheblich zu verändern.

Zunächst einmal ist PVC deutlich weniger steif als Weichholz. Das bedeutet, dass Pflanzen wahrscheinlich nicht so hoch werden konnten, bevor ihr eigenes Gewicht sie zu beugen begann. PVC-Gras wäre hängender, PVC-Bäume wären entweder kurz oder biegsam.

Andererseits ist PVC viel dehnbarer. Dies erschwert das Abbrechen von Ästen (stellen Sie sich vor, Äste würden sich genauso gut biegen und dehnen wie Plastikverpackungen!). Dies hat wahrscheinlich nur geringe Auswirkungen auf Pflanzen (bessere Astretention bei starkem Wind?), Würde aber bedeuten, dass alle weiterentwickelten Pflanzenfresser scharfe Zähne verwenden müssten, um Gräser und Blätter zu schneiden, anstatt sie abzureißen, wie es viele Pflanzenfresser heute tun.

PVC hat tatsächlich eine ähnliche Dichte wie Zellulose, und die Dichte von Holz hängt stark von seiner Mikrostruktur ab. Weichholz schwimmt nicht, weil Zellulose schwimmen kann (Zellulose ist dichter als Wasser), sondern wegen seiner Struktur. Ähnliches gilt wahrscheinlich für biologische Strukturen auf PVC-Basis, sodass Wasserpflanzen und dergleichen immer noch lebensfähig sind.

Ein ökologisches Problem: PVC ist wesentlich stabiler als Zellulose. Das bedeutet, dass der Sequestrierungsprozess – bei dem ein atmosphärisches Gas von Pflanzen aus der Luft aufgenommen, in einen Feststoff umgewandelt und schließlich für immer im Boden vergraben wird* – mit PVC-basierten Pflanzen schneller ablaufen würde als mit Zellulose-basierten . Dies bedeutet, dass die CO2- und Cl2-Konzentrationen in der Luft schneller sinken, nachdem die Pflanzen mit der PVC-Produktion begonnen haben.

Diese Grafik zeigt historische CO2-Werte in der Atmosphäre. Etwa 400 MYA-Landpflanzen tauchten zum ersten Mal auf, und Sie können sehen, dass der entsprechende Abwärtstrend des atmosphärischen CO2 ungefähr zu dieser Zeit begann. Bei einer Ökologie auf PVC-Basis könnte dieser Rückgang viel stärker ausfallen und sowohl für CO2 als auch für Cl2 eintreten. Das bedeutet Klimawandel auf einer schnelleren Zeitskala, möglicherweise eine viel kühlere Erde im Jahr 2018 als heute und im Laufe der Zeit viel weniger verfügbares Chlor in der Atmosphäre.

Nun, das könnte nicht passieren. Sogar Bakterien, die sich neben PVC entwickelt haben, würden es wahrscheinlich schwierig finden, es abzubauen, da es chemisch sehr stabil ist. Amylchlorid könnte jedoch ein Verdauungsweg sein, und ähnlich für Anilin, die beide eine abbauende Wirkung auf PVC haben. Wenn sich also Bakterien (oder in größerem Maßstab Tiere) mit PVC entwickelt haben, könnten sie diese Chemikalien möglicherweise als eine Art spezialisierte Verdauungsflüssigkeit produzieren. Dennoch ist es möglich, dass selbst mit diesen Anpassungen der Abbau langsam genug ist, um einen merklichen Effekt auf die Sequestrationsrate zu haben.

Okay, das fängt an, wild zu werden und in das Reich wilder Spekulationen zu geraten, also denke ich, dass ich fürs Erste fertig bin. Offensichtlich sind wahre Antworten auf diese Frage nicht erkennbar, aber ich hoffe, dass ich Ihnen durch die Gewährung der Prämisse zumindest ein paar interessante Möglichkeiten zum Erkunden gegeben habe.

Sie müssen sich mit einem wichtigen Problem auseinandersetzen: Chlor kommt viel seltener vor als Sauerstoff, daher ist es viel schwieriger, darauf eine Biochemie aufzubauen.

Sauerstoff ist nach Wasserstoff und Helium das dritthäufigste Atom im Sonnensystem, während Chlor etwa 4 Größenordnungen weniger häufig vorkommt.

Es ist einfach wirklich schwierig, eine Biochemie zu entwickeln, die auf einem relativ seltenen Element basiert, wenn man etwas anderes hat, das häufiger vorkommt, wie es mit Sauerstoff auf der Erde passiert ist. Wohlgemerkt, ich sage nicht, dass es unmöglich ist, nur schwieriger.

Sie können diese Art von Entwicklung in einigen Nischen haben, in denen Chlor ständig häufiger vorkommt, wie es bei den Lebensformen der Fall war, die sich auf H2S in der Nähe von Vulkanschlote verlassen.

Beachten Sie auch, dass Chlor aufgrund seiner Elektronegativität als Oxidationsmittel mit Sauerstoff konkurrieren würde. Daher fügt dies einer umfangreichen Verwendung von Chlor in einer sauerstoffreichen Umgebung eine weitere Schwierigkeit hinzu.

Die kurze Antwort lautet: Ja, es ist plausibel genug für eine fiktive Welt, in dem Sinne, dass es ein ganzes Buch in Anspruch nehmen würde, es auszuschließen.

Wie die Antwort von @LDutch hervorhebt, spricht die Wirtschaftlichkeit gegen die Verwendung von Chlor, aber das Chlor in PVC ist eher aus Gründen der Industriechemie als aus besonderen Eigenschaften des Endmaterials vorhanden. Es gibt viele Kunststoffe, die nur Kohlenstoff und Wasserstoff verwenden (Polyethen, Polypropylen, Polystyrol, Polyolefine), und viele mehr, die auch Sauerstoff und Stickstoff enthalten (Polycarbonat, Polyurethan, ABS).

Tatsächlich wäre eine gute Frage, warum Pflanzen diese Art von Plastik nicht produzieren. Wir kennen viele Materialien, die chemisch einfacher als Zellulose sind und weit überlegene strukturelle Eigenschaften haben. Im Allgemeinen scheint die biologische Chemie die Verwendung relativ großer und komplexer Bausteine ​​(wie Saccharide und Aminosäuren) zu bevorzugen, da ihre Chemie spezifisch und kontrollierbar ist. Die Moleküle, die als Bausteine ​​in der industriellen Chemie verwendet werden (einfachere, reaktivere Moleküle wie Chlorethen), würden, wenn man sie in eine lebende Zelle bringt, dazu neigen, wahllos zu reagieren. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum einfache Industriechemikalien in lebenden Organismen Abfallprodukte sind, die der Organismus loszuwerden versucht (Sauerstoff, Ethanol, Methan).

Meine Vermutung ist also, dass Pflanzen kein PVC herstellen würden, weil die Monomere für sie zu einfach zu verarbeiten sind. Aber noch einmal, die Biologie kann überraschende Dinge tun, wenn es nötig ist.

Wahrscheinlich nicht.

Es gibt zwei Möglichkeiten, dies zu betrachten, die erste ist die größte, durch Meereslebewesen.

Meerwasser enthält erhebliche Mengen an Chlor und Brom, die beide zur Herstellung bioaktiver Verbindungen verwendet werden, wie z. B. das chlorhaltige Briarenolid J und Chlormethan sowie das bromhaltige Brommethan. Meerwasser enthält etwa 700 Gewichtsprozent Chlor im Vergleich zu Kohlenstoff.

Es gibt Tausende von natürlich vorkommenden Organohalogenen, von denen viele von Algen, Schwämmen und Korallen produziert werden. Keine von ihnen verwendet jedoch Halogenverbindungen als Hauptbestandteil von Zellwänden oder Skelettstrukturen. Angesichts der Artenvielfalt und der Menge an verfügbarem Chlor würde man erwarten, dass einige Organohalogene als strukturelle Verbindung verwendet werden, wenn dies geschehen würde, aber das tun wir nicht.

Der zweite liegt in den Eigenschaften von PVC. PVC enthält, wenn es zur Herstellung eines Produkts verwendet wird, zahlreiche Zusatzstoffe, um es verwendbar zu machen, ansonsten ist es in seinen Materialeigenschaften ziemlich schlecht. Es löst sich in Ketonen und aromatischen Kohlenwasserstoffen auf, die von Pflanzen produziert werden. Es baut sich ab, wenn es UV ausgesetzt wird. Auch PVC zersetzt sich und setzt beim Erhitzen Chlorwasserstoff frei, der stark ätzend ist. Chloriertes PVC hat bessere Materialeigenschaften als PVC, aber seine organische Herstellung kann schwierig sein.

Der wahrscheinlichste Kandidat für PVC-basierte Verbindungen wären komplexe Meereslebewesen, die in kaltem, dunklem Wasser leben, beispielsweise die Exoskelette von Hummer- oder krabbenähnlichen Kreaturen. Was die Verwendung von Chlor als Schutzmittel betrifft, so produzieren einige Insekten das chlorierte Alkaloid Epibatidin, das für den Menschen bei einer Dosis von nur 1 mg tödlich sein kann. Es erklärt, dass eine Pflanze dies auch produzieren kann, entweder selbst oder in einer symbiotischen Beziehung mit Bakterien, da die Verbindung für Pflanzen nicht toxisch ist. Einige Pflanzen wie die asiatische Mondsaat produzieren mehrere verschiedene chlorierte Alkaloide.

in zwei Worten? äh-möglich.

Chlor ist eine Sackgasse, wenn man sich das Rückgrat großer, komplexer Moleküle ansieht. Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff sind es nicht, weil sie typischerweise vier, zwei und drei kovalente Bindungen anstelle von nur einer bilden. Deshalb sind sie in der Biochemie reichlich vorhanden und Chlor nicht. Gibt es ein einziges natürlich vorkommendes Organochlorid im menschlichen Körper? Ich denke nicht.

Einige (mangels eines besseren Wortes) verrückte Bakterien produzieren verrückte Sachen wie dieses https://de.wikipedia.org/wiki/Bipyrrol_Q1 , aber ich denke nicht, dass das nachhaltig ist, oder sogar verallgemeinert werden könnte.