Wie könnten Formamidseen auf einem Exoplaneten entstehen?

Ich habe mich kürzlich mit alternativen Biochemien für das Leben und den Umgebungen, in denen diese gefunden werden könnten, beschäftigt. Ich habe bereits vor einiger Zeit eine Frage darüber gestellt, wie sich Ammoniak-Ozeane bilden könnten. Heute interessiere ich mich für Formamid , wie aus einem Buch hervorgeht, das ich kürzlich gelesen habe, CH3NO

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

ist ein recht anständiges Lösungsmittel.

Formamid entsteht durch die Reaktion von Blausäure mit Wasser; beide sind im Kosmos reichlich vorhanden. Wie Wasser hat Formamid ein großes Dipolmoment und ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel für fast alles, was sich in Wasser löst, einschließlich Polyelektrolyten. Formamid ist insbesondere in der Lage, RNA, DNA und Proteine ​​sowie deren Vorstufen aufzulösen. Formamid ist nicht reaktiv wie Wasser. Tatsächlich sind viele Arten, die in Wasser bezüglich Hydrolyse thermodynamisch instabil sind, in Formamid stabil. Formamid selbst wird durch Wasser hydrolysiert, was bedeutet, dass es nur in einer relativ trockenen Umgebung wie einer Wüste bestehen bleibt. Wüstenumgebungen, die kürzlich als potenzielle Standorte für die präbiotische Synthese von Ribose vorgeschlagen wurden, können auch Formamid enthalten. Da Formamid bei ~400 K siedet, ist eine Mischung aus Formamid und Wasser, wenn es in die Wüste gebracht wird, würde mit der Zeit sein Wasser verlieren und als Formamidlache enden. Innerhalb dieses Pools sind viele Synthesen thermodynamisch günstig: Polypeptide aus Aminosäuren, Nukleoside aus Zuckern und Basen, Nukleotide aus Nukleosiden und anorganischem Phosphat und RNA aus Nukleotiden. Tatsächlich werden Phosphatester auch spontan synthetisiert. Dazu gehören ATP (aus ADP und anorganischem Phosphat), Nukleoside (aus Riboseboraten und Nukleobasen), Peptide (aus Aminosäuren) und andere.

All das klingt ziemlich gut, aber wie bei den Ammoniakozeanen bin ich mir nicht sicher, wie sich eine solche Umgebung auf natürliche Weise bilden könnte. Das Buch schlägt die Verdunstung von Wasser-Formamid-Teichen in Wüsten als Möglichkeit vor, aber ich kenne keine Formamid-Seen in Erdwüsten. Auch die natürliche Entstehung von Cyanwasserstoff scheint zumindest in den erforderlichen Mengen unwahrscheinlich.

Ich denke, dass heiße, wasserarme Wüstenwelten der Ort für Formamidseen wären. Aufgrund der Tatsache, dass Formamid in Anwesenheit von Sauerstoff verbrennt, könnte auch der Atmosphäre Sauerstoff fehlen. Sollte der Planet also eine stickstoff- oder kohlendioxiddominierte Atmosphäre haben?

Wie müsste ein heißer Wüstenplanet beschaffen sein, um Formamidseen zu bilden? Ist es wahrscheinlich, dass sich ein solcher Planet bildet? Biologische Lösungen, wie Blaualgen, die auf der Erde Sauerstoff produzieren, sind erlaubt, solange sie plausibel sind, obwohl ich geochemische Lösungen bevorzugen würde. Terraforming als Antwort ist out.

der Siedepunkt von Formamid hängt vom Druck ab
@ Jasen Na klar. Aber während dies die bewohnbare Zone von Formamid vergrößert, ist es für die Bildung eines solchen Planeten nicht relevant.
Ich sehe nicht wirklich ein, wie ich die Verfügbarkeit von Blausäure rechtfertigen soll. Aber sobald Sie das haben, wenn Temperatur und Druck in einem geeigneten (etwas ziemlich engen) Bereich liegen, wird eine Mischung aus Wasser und Cyanwasserstoff tatsächlich überwiegend mit Wasser in der Dampfphase und Formamid in der flüssigen Phase ausgleichen.
(Forts.) Diese Temperaturen sind wahrscheinlich ziemlich unwirtlich für die Arten von Molekülen, die das Leben, das wir kennen, verwendet, aber selbst in Formamidlösungsmittel, also stellt sich die Frage, wie das Wasser verloren gegangen ist (nicht an die Atmosphäre, sondern aus den Planeten vollständig) vor der Abkühlung des Planeten.
In Bezug auf die Temperatur Ihres Formamidmeeres - ich denke nicht, dass es wüstenhaft oder gar heiß sein muss. Die Quelle, die Sie zitieren, hat nur darüber gesprochen, damit bei einer Mischung aus Formamid und Wasser das Wasser verdunstet und nur das Formamid zurückbleibt.

Antworten (3)

Formamid kann durch die Kondensation von Kohlenmonoxid und Ammoniak gebildet werden. https://en.wikipedia.org/wiki/Formamide

Ein reduzierender Planet mit einer Ammoniak/Methan-Atmosphäre ist plausibel. Wenn es auch etwas Wasser gibt, könnte man sich vorstellen, dass atmosphärisches Wasser einer Photolyse unterzogen wird, um einen kleinen Prozentsatz an freiem Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Wasserstoff wird nach oben und aus der Atmosphäre herausströmen, aber der Sauerstoff könnte lange genug bleiben, um beschäftigt zu sein.

Wenn ein wenig Sauerstoff vorhanden ist, würde es wahrscheinlich mit dem Methan reagieren, um Kohlenmonoxid zu bilden. Dies geschah offenbar auf der frühen Erde.

https://www.space.com/carbon-monoxide-indicator-alien-life.html

... Forscher verwendeten Computermodelle, um die atmosphärische Chemie der Erde vor etwa 3 Milliarden Jahren besser zu verstehen, als die Luft unseres Planeten sehr wenig Sauerstoff enthielt. Mikrobielles Leben war damals auf der Erde weit verbreitet, aber tierisches Leben war weit entfernt. (Die frühesten Fossilien mehrzelliger Organismen stammen aus der Zeit vor etwa 600 Millionen Jahren.)

Die Ergebnisse des Teams deuteten darauf hin, dass sich CO in diesen längst vergangenen Tagen in erheblichen Mengen angesammelt haben könnte und Konzentrationen von etwa 100 Teilen pro Million (ppm) oder etwa 1.000-mal höher als das derzeitige Niveau erreicht haben könnte.

„Das bedeutet, dass wir in den Atmosphären bewohnter, aber sauerstoffarmer Exoplaneten, die Sterne wie unsere eigene Sonne umkreisen, mit einer hohen Kohlenmonoxid-Häufigkeit rechnen könnten“, sagt Co-Autor der Studie, Timothy Lyons, Professor für Biogeochemie an der University of California, Riverside (UCR). , sagte in einer Erklärung.

Ein Prozentsatz des Umgebungs-CO könnte mit Umgebungs-Ammoniak reagieren, um Formamid zu erzeugen, das als Flüssigkeit ausfällt und sich ansammelt. Ich mag die Idee eines biologischen Katalysators für diese Reaktion, der erklären würde, warum sie sich in einem See ansammelt – die Dinge, die sie synthetisieren, leben im See.

Darüber nachzudenken, warum Lebensformen Amid synthetisieren würden, ist einfach. Die Energie.

Bildungsenthalpie von Formamid

https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75127&Mask=1E9F

Wenn diese Lebensformen ein CO fangen und es mit NH3 aus der Umgebung verbinden, erhalten sie jedes Mal ein wenig Energie zurück.

Das scheint eine ungewöhnliche Art des Nestbaus zu sein. Normalerweise ist jede Chemikalie, die in großen Mengen synthetisiert und von einem Tier in Gegenwart einer Fülle ausgeschieden wird, ein Abfallprodukt.
Mit nur 100 ppm CO produzieren Sie nicht so viel Formamid. Sie müssen den Sättigungsdruck am Boden erreichen, um Flüssigkeiten zu bilden.
@AtmosphericPrisonEscape - deshalb dachte ich, das Formamid wäre ein Abfallprodukt. CO2 hat nur 300-400 ppm, doch Organismen, die es fangen, haben es geschafft, unsere Atmosphäre in nur wenigen Milliarden Jahren mit giftigen O2-Abfallprodukten zu belasten.
Ich bin mir nicht sicher, wie viel das an Masse ist, verglichen mit der Masse der Ozeane ...

„Biologische Lösungen, wie Blaualgen, die auf der Erde Sauerstoff produzieren, sind erlaubt, solange sie plausibel sind.“

„Aufgrund der Tatsache, dass Formamid in Gegenwart von Sauerstoff verbrennt, wird es auch der Atmosphäre an Sauerstoff mangeln. Sollte der Planet also eine stickstoff- oder kohlendioxiddominierte Atmosphäre haben?' - Dies widerspricht der Plausibilität von blaugrünen, sauerstoffproduzierenden Algen.

Okay, fangen wir an.

  • Methan sollte auf diesem Planeten ziemlich reichlich vorhanden sein, Ihre beste Möglichkeit, dies zu erreichen, ist eine kompetente Kolonisierung Ihres Bodens mit Methanogenen und anaeroben Methanotrophen.

  • Methan vorhanden, daneben Ammoniak, gasförmiges Ammoniak. Austrocknende Böden geben reaktiven Stickstoff wie Lachgas und Ammoniak ab.

CH4 + NH3 -> HCN + 3H2

  • Cyanwasserstoff erhältlich. Begrenztes Wasser (< 25 cm Niederschlag) sorgt für die Bildung von Formamid durch Reaktion mit Cyanwasserstoff.

  • Anoxische Atmosphäre, Anwesenheit von Sauerstoff, aber nicht in freier Form.

  • Schließlich lieber mit blaugrünen Cyanobakterien (Microcoleus) als mit Blaualgen.

Ich bin kein Geophysiker, aber ich hoffe, ich konnte mit Chemie und Biologie helfen.

"kompetente Kolonisation deiner Seele" was meinst du damit? Die Blaualgen waren nur als Beispiel für einen biologischen Prozess gedacht, der Chemikalien in einer Menge produziert, die die Umwelt auf einem ganzen Planeten verändert. danke für die Antwort
Ich entschuldige mich, das war ein Tippfehler, ich wollte Boden eingeben
biologische Prozesse sind möglich, jedoch mit Mikroorganismen, die in einer anoxischen Umgebung funktionieren. Diese Mikroorganismen müssen in der Lage sein, Sauerstoff (falls zum Überleben notwendig) aus anoxischen Verbindungen (z. B. Lachgas) zu gewinnen.

Während der frühen Stadien des Planeten, wenn Asteroiden- und Planetoideneinschläge üblich sind, könnten Asteroiden, die Ammoniak/Kohlenmonoxid (in fester Form) enthalten, auf den Planeten einschlagen und es in die Atmosphäre oder die Kruste des Planeten freisetzen. Im Laufe der Zeit, wenn sich die Atmosphäre entwickelt, könnte das Ammoniak/Kohlenmonoxid freigesetzt werden und kondensieren, wodurch Formamid gebildet wird. Begleitend dazu könnten Asteroiden Formamid enthalten, wie es im Kosmos üblich ist. Die Asteroiden schlagen ein, und während sich der Planet entwickelt, bildet sich Formamid in Form von Ozeanen oder Seen. Der Planet könnte sich in einer Reihe von Entfernungen befinden, damit dies geschieht, da er bei ungefähr 260 Grad Fahrenheit kocht und bei 37 Grad Fahrenheit fest ist.

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