Was ist der plausibelste Weg, ein unterirdisches Ökosystem ohne Photosynthese biotechnisch zu manipulieren, um Sauerstoff zu produzieren?

In der realen Welt laufen die energiereichsten dunklen Ökosysteme durch Chemosynthese aus hydrothermalen Quellen, die chemischen Umwandlungen variieren, aber viele beinhalten Oxidation. Schwefelwasserstoff, Wasserstoffgas, Eisen(II) und Ammoniak sind die häufigsten Reaktanten

Interessanterweise ist dies eine seltsame Doppelreaktion, die von Grünen Schwefelbakterien verwendet wird , die tatsächlich sowohl hydrothermale Chemikalien als auch Licht verwenden, aber so schwaches Licht benötigen, dass es nicht Sonnenlicht verwendet, sondern das schwache radioaktive Leuchten aus den Öffnungen, und Sauerstoff produzieren, wenn auch in sehr geringen Mengen . Dies ist technisch gesehen immer noch Photosynthese, aber da es kein Sonnenlicht benötigt, dachte ich, dass es für Ihr Szenario immer noch funktionieren könnte.

Einige Mineralien setzen beim Erhitzen Sauerstoff frei – das klassische Beispiel ist Natriumchlorat, das in „Sauerstoffkerzen“ verwendet wird, die Eisenpulver verbrennen, um genügend Wärme (etwa 1000 Grad F) zu erzeugen, um Sauerstoff freizusetzen und als Ergebnis NaCl (Salz) zu produzieren. Anscheinend sind das etwa 6,5 ​​Mannstunden freier Sauerstoff pro Kilogramm Gemisch.

Vielleicht können Sie ein großes Vorkommen eines solchen Minerals haben, das allmählich in eine Subduktionszone eindringt.

Oder, machen Sie es interessant: Anstelle eines stabilen Ökosystems mit einem festen Standort, haben Sie eine stabile ökologische Front , die sich entlang einer großen Lagerstätte dieser Mineralien bewegt und am Rand brennt wie ein Kohleflözfeuer.

Vielleicht hat das System eine Fülle von Lithiumhydroxid. Diese Chemikalie ist zwar giftig, kann aber bei richtiger Aufbewahrung Kohlendioxid in Sauerstoffgas umwandeln.

Ich stelle mir eine Höhle mit überall Lithiumhydroxidablagerungen und Lebensansammlungen um sie herum vor.

Beachten Sie, dass die Ablagerungen mit der Zeit allmählich schrumpfen würden, wenn sie aufgebraucht sind, sodass das Leben entweder herausfinden müsste, dass Fruchtsaft + Kupfer + Zink + Wasser = Sauerstoff (Elektrolyse) oder in eine andere Höhle mit denselben Mineralvorkommen ziehen müsste .

Sie möchten die Photosynthese ohne Sonnenlicht replizieren. Mein Vorschlag: Anstelle der Strahlungsenergie der Sonne nutzen Sie unterirdisch vorhandene Strahlungsenergiequellen.

Erstens, Photosynthese.

https://sites.google.com/site/vhs2015environmentalscience/biodiversity/photosynthesis-respiration

Im Gegensatz zur Energie im sichtbaren Licht fixieren eure unterirdischen Sauerstoffgeneratoren Kohlenstoff durch Alphastrahlung . Alphastrahlung wird von Uran, Thorium und für diese Anwendung am wichtigsten Radongas erzeugt. Radon entsteht beim Zerfall von Uran und Radium und da es ein Gas ist, zirkuliert es ein wenig herum, bevor es durch Aussendung eines Alpha-Teilchens zerfällt. Radon baut sich in unterirdischen Räumen auf. Entweder Radon oder die Strahlung der schweren Elemente selbst liefert die Energie, um CO2 in O2 und H2O umzuwandeln.

Ihre Kreaturen unter der Oberfläche benötigen weniger Kohlenstoff, um ihre Körper aufzubauen, genau wie wir alle. Ihre Chloroplasten-Äquivalente nutzen die Energie von Alpha-Partikeln, um die Arbeit zu erledigen. Ich kann mir vorstellen, dass diese Dinger als Schicht auf radioaktivem Gestein oder in Gebieten wachsen, in denen Radongas reichlich vorhanden ist.

CO2 kann in großen unterirdischen Lagerstätten gefunden werden, wie die Tatsache zeigt, dass Vulkane riesige Mengen ausstoßen und sich diese Kreaturen ohne regelmäßige Besuche der Bergleute entwickeln könnten. Ich habe mich gefragt, ob solche Ökosysteme tatsächlich existieren könnten. Es könnte schwierig sein, sie zu erkennen und sicherlich schwierig, sie zu kultivieren, da sie Alphastrahlung benötigen. Ich könnte mir aber vorstellen, dass es in Gesellschaft von Bergleuten zu einer Blüte solcher Organismen kommen könnte – organischer Stickstoff ist in der Tiefe der Erde Mangelware. Organismen, die Stickstoff von oben nach unten bringen und in ihren Abfällen ablagern, würden reichlich Stickstoff liefern.

Thermovoren.

Ein anderes Schema mit der gleichen Grundidee. Umweltenergie wird von Organismen geerntet, die eine Trennung zwischen hoher und niedriger Energie überspannen. Wir tun dies, indem wir uns die Oxidation von reduziertem Kohlenstoff zunutze machen, die ohnehin in einer Sauerstoffatmosphäre stattfinden würde. Photosynthesegeräte ernten einfallende Sonnenenergie, die sich beim Auftreffen auf die Erdkruste als Wärme aufwenden würde.

Ein Organismus, der einen thermischen Unterschied überbrückt, könnte die Wärmeenergie ernten, die ohnehin das Substrat des Organismus erwärmen würde. Ein Beispiel könnten Organismen sein, die auf einem kühlen Felsen gewachsen sind, wobei ein Teil des Organismus heißem Wasser ausgesetzt war – oder auf einem heißen Felsen, wobei ein Teil des Organismus in kaltem Wasser war. Eine Dampfmaschine arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip – eine Phasenänderung der Wärme nimmt Wärmeenergie auf und gibt sie beim Abkühlen wieder ab.

Ein Organismus könnte in ähnlicher Weise Energie über ein Molekül aufnehmen, das auf der heißen Seite etwas Wärmeenergie aufnimmt und sie dann auf der kalten Seite freisetzt. Wahrscheinlich wäre dies keine Phasenänderung, sondern eine Art isomerer Konfigurationsänderung. Oder Flüssigkeitswechsel. Kandidatenmoleküle zur Vermittlung dieser Art von Energieübertragung durch Hydratationsänderung umfassen Metallionen , Methan/Methan-Clathratsysteme oder große organische Makromoleküle

Sie können die Radiosynthese durch die Photosynthese ersetzen:

Radiosynthese ist die theoretisierte Aufnahme und Metabolisierung von Energie aus ionisierender Strahlung durch lebende Organismen, analog zur Photosynthese. Der Stoffwechsel ionisierender Strahlung wurde bereits 1956 von dem Russen SI Kuznetsov theoretisiert.

Jahrzehnte später entdeckten Wissenschaftler einen Pilz, der genau das tut :

Radiotrophe Pilze sind Pilze, die anscheinend Radiosynthese betreiben, d. h. das Pigment Melanin verwenden, um Gammastrahlung in chemische Energie für das Wachstum umzuwandeln. Dieser vorgeschlagene Mechanismus ähnelt möglicherweise anabolen Wegen zur Synthese von reduziertem organischem Kohlenstoff (z. B. Kohlenhydraten) in phototrophen Organismen, die Photonen aus sichtbarem Licht mit Pigmenten wie Chlorophyll einfangen, deren Energie dann zur Photolyse von Wasser verwendet wird, um nutzbare chemische Energie zu erzeugen (als ATP) bei der Photophosphorylierung oder Photosynthese. (...) Diese wurden 1991 entdeckt, als sie innerhalb und um das Kernkraftwerk Tschernobyl herum wuchsen.

Damit wäre das Energieproblem in einem geschlossenen Ökosystem gelöst. Solange es an einigen Stellen Radioaktivität gibt, hat das Leben seine Energiequelle.

Was die Atemluft betrifft, gibt es vier Möglichkeiten, Sauerstoff durch biologische Aktivität zu erzeugen. Die Photosynthese ist nur eine davon. Lesen Sie diesen Artikel über Bakterien, die Sauerstoff auf andere Weise als durch Photosynthese produzieren :

Das Forschungsteam niederländischer Forscher und Dr. Margaret Butler von der University of Queensland, die in den Niederlanden an der Radboud University in Nijmegen arbeitet, hat eine Mikrobe gefunden, die Sauerstoff in sich selbst produziert, was erst der vierte bekannte Mechanismus ist, durch den Sauerstoff auf der Erde produziert wird . Die anderen sind die Photosynthese, bei der Sauerstoff als Abfallprodukt freigesetzt wird, die zelluläre Sauerstofferzeugung durch Bakterien aus Chloraten und die enzymatische Umwandlung reaktiver Sauerstoffsubstanzen.

Der Gegenstand der Studie, eine Mikrobe (vorläufig Methylomirabilis oxyfera genannt), die aus sauerstoffarmen Sedimenten in Entwässerungsgräben und Kanälen in den Niederlanden gesammelt wurde, ist eines der sogenannten NC10-Bakterien, das erstmals in den Höhlen unter der Nullarbor-Ebene in Australien gefunden wurde . Es wurde angenommen, dass es Methan und Nitrit in Kohlendioxid umwandeln kann, also führten die Forscher Experimente durch, bei denen markierter Stickstoff und Sauerstoff nachverfolgt wurde, der in eine Kammer mit den Mikroben eintrat und diese verließ.

Das Team fand heraus, dass die Bakterien Methan verbrauchen und durch einen bisher unbekannten biochemischen Prozess Sauerstoff produzieren.

Gemäß dieser Antwort zum Biologieaustausch besteht möglicherweise keine Notwendigkeit, einen anderen Mechanismus als die Photosynthese zu verwenden, da es eine Version von Chlorophyll gibt, die im Infrarotspektrum arbeiten kann. Infrarotstrahlung sollte in einem Höhlensystem reichlich vorhanden sein, wie Sie vorschlagen, da (auf der Erde) die Temperatur des Bodens um etwa 30 ° C / km Tiefe ansteigt . Dies würde den tiefsten Teil Ihres Höhlensystems auf etwa 330°C bringen und eine feine Menge an nutzbarer Energie für Ihre Pflanzen abgeben. Jetzt brauchen Sie wahrscheinlich nur noch ein Belüftungssystem, damit die Pflanzen bei diesen Temperaturen überleben können.

Wenn Sie Ihre Welt in einer Fantasy- oder Science-Fiction-Umgebung haben, könnten Sie Pilze oder andere höhlenbewohnende Pflanzen verwenden, die das Kohlendioxid (ohne Licht) in Sauerstoff umwandeln können, obwohl sie sehr effizient sein und eine große Leistung erbringen müssten für Dieser.

Ein künstlich hergestelltes Bakterium wie dieses würde C02 in Ethylen (einen energiedichten Brennstoff) umwandeln und O2 als Nebenprodukt produzieren.

Die Bakterien könnten ohne die Anwesenheit von Bergleuten überleben, indem sie das CO2 verbrauchen, das üblicherweise in unterirdischem Wasser (durch das Brunnenwasser) vorhanden ist.

Wenn das Gebiet anfällig für vulkanische Aktivität ist oder organisches Material enthält/enthält, wäre viel mehr CO2 im Boden und Grundwasser vorhanden. In einem solchen Fall kann man über eine Geschichte spekulieren, in der eine Rakete mit einer Bakteriennutzlast auf einen entfernten, geeigneten Asteroiden oder anderen astronomischen Körper abgefeuert wird. Die Bakterien bewegen sich in den Boden und beginnen mit ihrer Arbeit, und wenn Menschen (oder andere Lebewesen) ankommen, um ihre Tunnel zu graben, gibt es bereits eine kleine sauerstoffreiche Atmosphäre.