Wie könnte sich Leben entwickeln, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt wird?

Bearbeiten: Nehmen wir an, dass die erreichte Endtemperatur 90 ° C beträgt

Wieso den?

Ah, gut; Ich wollte darüber sprechen, wie eine höhere Temperatur Wasser zum Sieden bringen und innere Flüssigkeiten verdampfen könnte, wodurch Blutgefäße, Gehirnflüssigkeiten, Plasma und Zytoplasma entstehen würden; genau 70% unseres Körpers sind nutzlos.

Um mit einer Temperatur fertig zu werden, die hoch genug ist, dass Ihre Innereien zu kochen beginnen, würde man erwarten, dass Organismen Mechanismen entwickeln, um ihren inneren Druck zu erhöhen; Zu diesen Methoden könnten gehören:

• Dickere, härtere Haut, um ein Aufquellen zu verhindern und den Druck zu erhöhen.
• Härtere Blutgefäße, insbesondere Kapillaren; Kapillaren müssten enger sein, was möglicherweise die Sauerstoffdiffusionsrate verringert.
• Dichtere Gewebe wie Muskeln, vielleicht ein Gewebe, das dem Herz-Kreislauf-Muskel ähnelt, müssten breiter eingearbeitet werden.

Einige der oben beschriebenen Anpassungen würden zu anderen Effekten führen, zum Beispiel könnten weniger poröse Kapillaren zu Sauerstoffmangel führen, und um dem entgegenzuwirken, könnten Kreaturen häufiger anaerob atmen oder die Bewegung erhalten (faul sein).

Dichteres Gewebe würde Kreaturen auch schwerer machen, was die Bewegung tatsächlich zu einem energieaufwändigeren Prozess machen würde, also würden Organismen definitiv die Bewegung einschränken wollen.

Organismen könnten aufhören zu schwitzen, um die Körperwärme zu reduzieren; Bei solchen Temperaturen würde es kaum etwas ändern und nur Wasser verbrauchen.

Stattdessen müssten sie ihre Oberfläche vergrößern, ein System wie Elefantenohren mit oberflächennahen Blutgefäßen und einer massiven Oberfläche verwenden.

Oder sie könnten Rückensegel wie Dimetrodon anbauen , die zur Regulierung der Temperatur unterschiedlich geneigt sein könnten. Wenn Sie beispielsweise direkt in die Sonne zeigen, wird die Temperatur niedriger gehalten, aber wenn Sie sich im Schatten befinden, möchten Sie, dass das Segel so exponiert wie möglich ist. Eine ähnliche Überlegung könnte zu großen, einziehbaren Anhängen führen, die für einen ähnlichen Zweck verwendet werden können.

Basierend auf der hyperthermophilen Zellstruktur könnte man erwarten, dass Organismen, die bei hohen Temperaturen leben, ziemlich fett sind, oder dass jede Zelle in einem solchen Organismus mit solchem ​​Fett geschützt ist.

Wir haben hier auf der Erde bereits Extremophile – Kreaturen, die an unglaubliche Bedingungen angepasst sind.

Insbesondere Thermophile und Hyperthermophile , die zwischen 41 und 140 °C überleben können.

Dies zeigt, dass nichts das Leben bei diesen Temperaturen hindert, obwohl natürlich die an diese Bedingungen angepassten Tiere normalerweise kleine Organismen sind.

Typischerweise passen sich die Kreaturen entweder durch Entwicklung an die Umgebung an, vermeiden das Problem oder beides.

Wenn die Oberfläche heißer werden sollte, wäre eine mögliche Lösung, tiefer zu gehen.

Wenn Sie beispielsweise tief genug in den Boden graben, können Sie zu einem Teil der Erde gelangen, der noch nicht nah genug am Zentrum liegt, um heiß / warm zu sein, aber weit genug von der Oberfläche entfernt, dass das Sonnenlicht / die Wärme dies nicht kann eindringen, was zu einem kühlen Abschnitt des unterirdischen Bereichs führt, in dem man leben kann.

In diesem Szenario entwickeln sich Ihre Kreaturen wahrscheinlich zu sehr guten Baggern mit guter Sicht bei schlechten Lichtverhältnissen und vielleicht schaufelähnlichen Pfoten / Händen. Oder sogar eine Art Riesenwurm, der Dreck frisst ... *zittert*

Aber was, wenn sie an der Oberfläche leben wollten? Wie könnten wir es schaffen?

Die größten Probleme hierbei sind: a) die Hitze und b) siedende Flüssigkeiten.

Nun, lassen Sie uns hier ein bisschen Handwavium auftragen. Was wäre, wenn wir eine Kreatur hätten, die kein H2O als Lösungsmittel in ihrem „Blutsystem“ hätte? Was wäre stattdessen, wenn wir einige Kreaturen hätten, die darauf basieren, ein anderes Blutsystem zu haben? Ich sehe keinen Grund, warum eine Kreatur, die mit Schwefelsäure (H2SO4) arbeitet, hohe Temperaturen nicht überleben könnte. Schließlich bleibt Schwefelsäure zwischen 10 und 338 Grad Celsius flüssig. Sogar auf der Erde können Extremophile unter extrem sauren Bedingungen leben. Wie bereits erwähnt, gibt es auch keinen Grund, warum sie nicht bei extremer Hitze betrieben werden können. Das heißt, es gibt keinen Grund, warum diese Kreatur nicht größer werden kann, genug, um diese Säure als unsere Version von Blut zu verwenden.

Wenn Sie natürlich eine Kreatur haben wollten, die anfänglich extreme Hitze nicht überleben konnte, wäre das ein anderes Problem.

Wenn wir Kreatur x hätten und x sich bei 20 Grad wohlfühlen würde, wäre die wahrscheinlichste Methode der Kühlung selbst das Schwitzen. Falls die Temperatur jedoch stark genug ansteigt, wäre dies letztendlich wirkungslos, da die Kreatur sich nicht schnell genug abkühlen könnte und nur Wasser verschwenden würde. Aber was wäre, wenn es ein kleines Wesen wäre? Eine kleine Kreatur mit großen Heizproblemen könnte sich von unseren aktuellen großen Kreaturen mit großen Heizproblemen abheben!

Denken Sie an Elefanten. Sie haben große Ohren, um Luft und Wind zur Abkühlung des Blutes zu nutzen. Abhängig von der Gesamtsituation des Planeten (z. B. wie viel Schatten vorhanden ist) könnte dies möglich sein. Durch das Wachsen massiver / größerer Ohren könnte die Kreatur mit ihnen "schlagen", um sich abzukühlen. Vielleicht kann es dünne Membranen mit Stacheln entwickeln, durch die Blutgefäße für den gleichen Zweck verlaufen. Fledermausähnliche Flügel vielleicht, aber ohne die Fähigkeit zu fliegen.

Aber was, wenn es eine fliegende Kreatur ist?

Kreatur y ist ein Flieger. Es landet nicht gerade ... oft, weil es dort Raubtiere gibt oder so. Wie könnte es damit umgehen?

Es könnte lernen, durch Wolken zu tauchen oder in Ozeane/Seen zu tauchen, um sich abzukühlen. Dabei müsste es sich extrem wasserdicht entwickeln. Die Theorie hier ist, dass das Wasser in der Lage sein sollte, die Wärme vom Körper wegzuziehen (wenn das Wasser kühler als die Kreatur ist). Gleichgewicht zur Rettung!

Die einfachste Lösung wäre natürlich, wenn die Kreaturen migrieren, wenn es zu heiß wird, aber das vermeidet irgendwie die Frage ...

Während es schwierig ist, genau zu sagen, wie sich die Dinge in Bezug auf ihre Körperstrukturen und ihr Verhalten entwickeln würden, kann ich einen Einblick geben, was auf molekularer Ebene passieren müsste, damit sich das Leben entwickelt, um mit höheren Temperaturen fertig zu werden.

Das Leben ist Chemie, oder? Es ist nur eine ganze Reihe miteinander verbundener chemischer Reaktionen, die seit 3 ​​Milliarden Jahren andauern. Die Temperatur ist eine wichtige Variable bei jeder chemischen Reaktion. Einige Reaktionen finden bei niedrigen Temperaturen statt, andere bei hohen Temperaturen. Wichtig ist, dass jede chemische Reaktion im menschlichen Körper so kalibriert wurde, dass sie in einem sehr engen Temperaturbereich abläuft. Jedes Protein, das Ihr Körper herstellt, wurde speziell für diesen Bereich entwickelt. Proteine ​​bestehen aus langen Ketten von Bausteinen, den sogenannten Aminosäuren, die sich zu einzigartigen 3D-Strukturen falten, die bestimmte Aufgaben im Körper übernehmen. Es stellt sich heraus, dass dieser Faltungsprozess sehr empfindlich auf Dinge wie den pH-Wert und die Ionenkonzentration sowie die Temperatur reagiert. Proteine ​​entfalten sich bei höheren Temperaturen. Deshalb wird das Eiweiß beim Kochen von durchscheinend zu weiß. Die Proteine ​​in der Flüssigkeit verlieren ihre komplexe 3D-Konfiguration und nehmen eine neue Form an, die zufällig undurchsichtig ist. Das bedeutet nun nicht, dass alle Proteine ​​bei höheren Temperaturen instabil sind. Die Thermophilen, die Tim B. erwähnt, haben Proteine ​​entwickelt, die sich bei diesen höheren Temperaturen falten und funktionieren können, aber es ist eine Menge Arbeit! Grundsätzlich codiert jedes Gen im Genom eines Organismus ein Protein (obwohl es zahlreiche Ausnahmen davon gibt). Die überwiegende Mehrheit der Proteine ​​​​funktioniert nicht mehr bei Temperaturen, die deutlich über der normalen Körpertemperatur eines Organismus liegen. Das bedeutet, dass sich praktisch jedes Gen im Genom (beim Menschen etwa 20.000) entwickeln muss, um mit diesen höheren Temperaturen fertig zu werden, um mit diesen höheren Temperaturen fertig zu werden. Für einige Proteine, die nur wenige Änderungen erfordern, die ihre Stabilität erhöhen, aber bei anderen ist ihre Konfiguration bei so hohen Temperaturen möglicherweise nie stabil und der Körper muss möglicherweise eine vollständige Problemumgehung finden, um dieselbe Aufgabe zu erledigen. Ich vermenschliche viel, also denken Sie daran, dass all dies zufällige Mutationen sind, die über Tausende von Generationen auftreten. Es ist keineswegs ein schneller Prozess.

Um mit der erhöhten Temperatur fertig zu werden, muss sich das menschliche Genom also grundlegend verändern. Die Mehrheit der Proteine ​​muss sich entwickeln, um bei höheren Temperaturen stabil zu sein. Gleichzeitig muss sich praktisch jeder andere zelluläre Prozess ebenfalls an diese neue Temperatur anpassen. RNA-Faltung, Membranen und Stoffwechselprozesse müssen alle modifiziert werden, um bei diesen höheren Temperaturen zu funktionieren.

Eine Sache, die ich am Rande erwähnen möchte, ist, dass der Körper spezielle Proteine ​​hat, die er bildet, wenn er zu stark erhitzt wird. Diese Hitzeschockproteine, wie sie genannt werden, umfassen eine spezielle Klasse von Proteinen, die als Chaperone bezeichnet werden. Dies sind Proteine, die anderen Proteinen helfen, sich zu falten. Wenn Zellen zu heiß werden, stellen sie viele davon her, um ihre anderen Proteine ​​zu falten. Natürlich würden sich die meisten existierenden Chaperone wahrscheinlich bei 90 Grad C entfalten, aber Chaperone könnten Teil der Art und Weise sein, wie sich Organismen anpassen.