Atmen in einer sauerstoffreichen Welt. Was kann getan werden, um das Sterben der Menschen zu verhindern?

Irgendwann in naher Zukunft ist eine beträchtliche Population von Menschen durch nicht näher bezeichnete Mittel auf eine bewohnbare Supererde transportiert worden, die einen viel höheren Sauerstoffgehalt als die Erde hat. Nun, für den Laien mag das nach einer guten Sache klingen, das Problem ist jedoch, dass zu viel Sauerstoff zu einer Sauerstofftoxizität führen kann .

Glücklicherweise haben die nicht näher bezeichneten Mittel, mit denen die Menschen auf diese Welt transportiert wurden, sie auch modifiziert, um in einer solchen Umgebung überleben zu können. Nachdem das gesagt worden ist:

Welche möglichen Modifikationen könnten an der menschlichen Physiologie vorgenommen werden, um in einer Welt mit hohem Sauerstoffgehalt zu leben?

PS Ignorieren Sie das Super-Erd-Bit und andere mögliche (Spaß-) Gase, die vorhanden sein können. Die sind für später

BEARBEITEN: Für diejenigen, die sich fragen, wie die gesamte atmosphärische Zusammensetzung besteht: 70,1 % Stickstoff, 24,9 % Sauerstoff, 2 % Argon, 1,2 % Kohlendioxid, 0,7 % Ammoniak, 0,01 % Kohlenmonoxid, 0,0001 % Schwefelwasserstoff und Spuren anderer Gase, Meistens die Edelgase, mit einer Prise Chlor, die durch eine geringe Menge an Stoffwechselprozessen aufrechterhalten werden, die auch Ammoniak und Schwefelwasserstoff zulassen. Die Atmosphäre auf Meereshöhe beträgt ebenfalls 1,55 atm.

Bitte beachten Sie: Die anderen Gase sind in dieser Frage irrelevant, sie können ihre eigenen Fragen bekommen und diese Iteration der Atmosphäre kann sich ändern, wenn ich meine Welt noch mehr ausfülle.

Unspezifiziert: Wie viel mehr Sauerstoff ist vorhanden?
Einige Weltraummissionen hatten eine Atmosphäre aus reinem Sauerstoff und liefen gut. Ihre Welt muss also nur weniger oder gleich dem atmosphärischen Druck der Erde haben.
Einfach ein paar Kerzen vor dem Mund anzünden ;)
@L.Dutch würde die Angabe der Sauerstoffmenge die Antworten ändern? Ich hätte eine Bitte um mehr Klarheit darüber erwartet, wie die Antworten beurteilt werden, da es derzeit keine Möglichkeit zu geben scheint, zwischen den (bioverändernden) Antworten zu unterscheiden und die beste auszuwählen.
Wenn ich mich richtig erinnere, sind das in etwa die Verhältnisse auf Larry Niven's Plateau . Die dortigen Kolonisten verringerten das Problem, indem sie hoch oben auf einem Plateau lebten. Es ist lange her, dass ich A Gift from Earth gelesen habe .
Sauerstoff ist unter den von Ihnen gegebenen Bedingungen nicht toxisch. 1,55 bar × 24,9 % = 0,396 bar, während der von Ihnen verlinkte Artikel besagt: „Lambertsen kam 1987 zu dem Schluss, dass 0,5 bar (50 kPa) auf unbestimmte Zeit toleriert werden könnten.“
Ähm, nur 4 % mehr Sauerstoff? Ich verstehe nicht, warum das einen großen Unterschied machen sollte.
Sauerstoff steigt in einer Atmosphäre nicht wirklich über 0,35 atm. Darüber hinaus reguliert die erhöhte Entflammbarkeit von allem den Sauerstoffgehalt herunter. Wenn Sie mehr inneres Gas in der Atmosphäre haben, können Sie vielleicht mehr Sauerstoff haben, da dies die Bösartigkeit des Feuers verringern würde, aber dies wird nur ein marginaler Effekt sein.
@FuzzyChef Die Sauerstofftoxizität setzt bei einem O2-Partialdruck von etwa 0,3 bar ein. Als Supererde mit einer Atmosphäre von 1,55 bar (dichter als die Erde) sind es 4% der Zusammensetzung plus und zusätzliche 55% aufgrund des höheren Umgebungsdrucks. Der gesamte O2-Partialdruck auf dem Planeten von OP beträgt 0,249 * 1,55 = 0,386 bar, was fast 30 % über der Sauerstofftoxizitätsschwelle für Menschen liegt. Die Frage sollte wahrscheinlich diese Details enthalten.
Ja, ich habe den Hinweis zum höheren Druck völlig übersehen, er ist nicht klar formuliert.

Antworten (7)

70,1 % Stickstoff, 24,9 % Sauerstoff, 2 % Argon, 1,2 % Kohlendioxid, 0,7 % Ammoniak, 0,01 % Kohlenmonoxid, 0,0001 % Schwefelwasserstoff und Spuren anderer Gase, hauptsächlich Edelgase, mit einer Prise Chlor, die durch eine kleine gehalten wird Menge an Stoffwechselprozessen, die auch Ammoniak und Schwefelwasserstoff ermöglichen. Die Atmosphäre auf Meereshöhe beträgt ebenfalls 1,55 atm.

  • Ihre Luft ist in Bezug auf Sauerstoff völlig sicher für unveränderte Menschen. Ihre Leute werden sich schnell anpassen, indem sie ihren Hämoglobinspiegel senken (die Anpassung wird wahrscheinlich Monate dauern, wie wir vom Bergsteigen hier auf der Erde wissen).

  • 1,2 % CO2 ist lebenswert (die ausgeatmete Luft enthält ~4 % CO2). Nicht angenehm, aber bewohnbar - wie in einem schlecht belüfteten Raum. Seien Sie gewarnt, dass die meisten modernen Pflanzen es in einer so hohen Konzentration nicht verwenden können. Vielleicht möchten Sie mit umgekehrten Gewächshäusern beginnen.

  • 0,7% Ammoniak ist geradezu tödlich und Sie müssen sich daran gewöhnen – es wird einige homöostatische Werte auf einmal zum Absturz bringen. 1/100 davon hat einen katastrophalen Geruch. Ich denke, es wird sogar nur durch Hautkontakt tödlich sein. Andererseits werden terrestrische Algen und Pflanzen es bei Gelegenheit in kürzester Zeit fressen. Auch mit Sauerstoff ist es nicht wirklich dauerverträglich.

  • Chlor - Vor 30 Jahren lebte ich in einer Stadt, die routinemäßig mit Chlor verschmutzt war. Schlecht, aber überlebensfähig bis zu einer ziemlich unangenehmen Konzentration. Nicht wirklich stabil in Kontakt mit Vegetation.

  • Kohlenmonoxid hat in einer sauerstoffreichen Atmosphäre keine Chance. Ansonsten ist die Konzentration einigermaßen sicher. Es wird auch die Sauerstofftoxizität etwas ausgleichen. (Sauerstofftherapie wird bei CO-Vergiftung eingesetzt).

  • Schwefelwasserstoff ist in dieser Konzentration nicht einmal riechbar.

Danke für den Input. Zeit, zur Tabelle zurückzukehren, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten!
Eine Korrektur - 0,0001 % sind 1 ppm, wenn ich die Nullen richtig gezählt habe. Das reicht aus, damit der Geruch für die meisten Menschen wahrnehmbar ist, auch wenn Sie sich nach einer Weile anpassen und ihn nicht mehr bemerken.
Dies, genau das, nur Menschen, die bereits geschädigte Lungen haben, werden bei Ihren aktuellen Konzentrationen an Sauerstofftoxizität leiden.
" Kohlenmonoxid ... wird auch die Sauerstofftoxizität etwas ausgleichen. " Ooh, daran habe ich nicht gedacht! Dieser CO-Gehalt ist hoch und gefährlich, aber immer noch subletal. Es könnte sehr gut funktionieren, um die Hämoglobineffizienz zu reduzieren, ohne Ihr Sauerstofftransportsystem vollständig zu bombardieren.

Unsere eigene Welt hatte einen höheren Sauerstoffgehalt, der bestimmte Tiere, wie die Meganeura*, viel größer werden ließ. Ein höherer Sauerstoffgehalt ist also möglicherweise kein allzu großes Problem und sogar vorteilhaft.

Wenn Sie in Ihrem eigenen Link unter "Mechanismus" nachsehen, sehen Sie auch einen Link zu Antioxidantien♤, die der Körper bereits einsetzt, um Schäden durch den aktuellen Sauerstoffgehalt zu verhindern, und dass eine Sauerstofftoxizität auftritt, wenn diese Antioxidantien und die Zellreparaturfunktionen überfordert sind. Ich nehme an, dass Kreaturen wie die Meganeura die Fähigkeit hatten, ihre Produktion von Antioxidantien zu steigern, um ihre Zellen zu schützen, da eine höhere Zellreparatur unwahrscheinlich erscheint. Wenn Menschen ähnliche Fähigkeiten hätten, könnten sie auf deiner Supererde überleben.

* https://www.google.com/search?gs_ssp=eJzj4tTP1TcwNs3NyjJg9OLMTU1PzEstLUoEAEhxBvE&q=meganeura&oq=meganeura&aqs=chrome.1.69i57j46i512j0i512l4j0i10i512j0i512.3125j0j7&client=ms-android-samsung&sourceid=chrome-mobile&ie=UTF-8

♤https://en.m.wikipedia.org/wiki/Antioxidans

Sie können ein Gerät wie einen Rebreather verwenden , um die ausgeatmete Luft zu recyceln und die ausgeatmete Luft mit einer kleinen Menge frischer, sauerstoffreicher Luft zu mischen. Die Nutzung der Außenluft bedeutet, dass Sie keinen Gastank benötigen.

Verdammt, Sie könnten eine einfache vorübergehende Lösung mit einer Papiertüte schaffen. Atmen Sie einfach sauerstoffreiche Luft ein und atmen Sie dann ein paar Mal in die Papiertüte ein und aus, wodurch der Sauerstoffgehalt in der Tasche gesenkt wird. Wenn Sie ein kleines Loch in den Beutel bohren, könnte sich die Luft des Sauerstoffarms mit frischer Außenluft vermischen.

Was das Leben dort betrifft, denke ich, dass ein kontrollierbar belüfteter abgeschlossener Raum am sichersten wäre. Stellen Sie sicher, dass der Sauerstoffgehalt dort nie zu hoch wird.
Sie könnten zunächst den Sauerstoffgehalt senken, indem Sie ein kleines Feuer im Raum machen, aber das würde höchstwahrscheinlich auch Kohlenmonoxid verursachen. (Ich gehe davon aus, dass es viel weniger produziert als hier auf der Erde, da es mehr Sauerstoff gibt, der leicht verbrannt werden kann).

Nicht wirklich eine physiologische Veränderung, aber ich mochte den Ansatz, unsere vorhandene Kapazität zur Umwandlung von Sauerstoff in Kohlendioxid zu nutzen. Wird andererseits das Kohlendioxid nicht giftig, bevor der Sauerstoff aufhört, giftig zu sein? Wir können keinen Stickstoff herstellen.
@EmilioMBumachar Die Frage geht von 25% O2 aus, während Menschen an 20% angepasst sind. Sie würden O2 durch CO2 in der Atemmischung ersetzen, was Ihnen 5% CO2 gibt. Es ist an sich nicht giftig, AFAICT, aber Atemreflexe lassen Sie hyperventilieren und den O2-Spiegel in Ihrem Blut nach oben treiben. Viel mehr geht nicht, toxische Wirkungen von CO2 beginnen bei 6% (geistige Verwirrung). Es ist also eine nette Idee, wird aber wahrscheinlich nicht für die fragliche Gasmischung funktionieren.
@toolforger Diese Antwort wurde vor der Bearbeitung gepostet, die die genaue Gaszusammensetzung hinzufügte, eine Zusammensetzung, die das OP anscheinend bereits anpassen möchte.
Ich denke, in einer Welt mit 25% Sauerstoff würde Feuer wie ein instabiler Sprengstoff behandelt werden, etwas extrem Gefährliches, das nur vom qualifiziertesten Personal gehandhabt werden sollte. Niemand grillt auf diesem Planeten!

Als erstes fällt auf, dass sie die Sauerstoffdurchlässigkeit des Lungengewebes in den Lungenbläschen , wo der Gasaustausch stattfindet, verringern können.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Auf diese Weise kann die Sauerstoffmenge, die sowohl durch direkte Lösung im Blut als auch durch Bindung mit Hämoglobin in die Blutbahn gelangt, auf dem Niveau gehalten werden, das unser Organismus hier auf der Erde gewohnt ist.

Vorteil dieses Ansatzes ist, dass er für jede Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre funktionieren kann.

Wenn man sich den Link der Sauerstofftoxizität ansieht, löst diese Antwort das Problem nicht wirklich. Es löst höhere Drücke, aber keinen höheren Sauerstoffgehalt. Sie brauchen etwas, um speziell die Zellen der Alveolen zu schützen, die Sauerstoff direkt aus dem höheren Sauerstoffgehalt aufnehmen (und möglicherweise höheren Drücken der Supererde, die sie zum Kollabieren bringen). Auch Dinge wie die Netzhaut würden immer noch freigelegt.

24,9 % Sauerstoff und 1,55 bar Druck?

Ich würde aufhören, mir Gedanken darüber zu machen, ob es sicher eingeatmet werden könnte, und keine Panik mehr wegen eines ausbrechenden Feuers.

Mit 184% des Sauerstoffpartialdrucks entzünden sich Feuer etwas leichter und brennen um ein Vielfaches schneller und etwas heißer als auf der Erde.

PS: Dieses CO2 bei 1,2 % und 1,55 bar verursacht Atembeschwerden. Es ist nicht im tödlichen Bereich, aber Ihre Leute werden permanent Kopfschmerzen, Müdigkeit und Atemnot haben.

Und denken wir bitte nicht an diese 0,7% Ammoniak. Das wird dich in Minuten töten! 0,5 % (bei 1 bar) ist die Stufe „sofortiger Atemstillstand“.

Ebenso liegt 0,01 % Kohlenmonoxid genau auf Messers Schneide zwischen „wird dich schwer verletzen“ und „wird dich sofort töten“

Mein Rat ist, einen mechanisch verstärkten Atemfilter / Rezirkulator zu verwenden. Ein Filter, um die wirklich unangenehmen Dinge draußen zu halten, eine teilweise Rezirkulation der alten Luft, um die Sauerstoffkonzentration zu reduzieren, und verbrauchbare CO2-Wäscher, um sowohl den hohen atmosphärischen CO2-Gehalt als auch den Überschuss zu bewältigen, der vom Rebreather-System rezirkuliert wird.
Stellen Sie sich etwas wie die Sohki-Maske vor , wie sie in Nausicaa dargestellt wird.
Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Feuer macht auf unserer Welt nicht genug Spaß, also dachte ich daran, es ein wenig zu verbessern. Sie wissen schon, für den extra scharfen Geschmack! Außerdem verursachen die CO2-Werte nur Kopfschmerzen? Hmm, Zeit, es zu verbessern! Aber ich bin allen Ernstes, ich werde Fragen darüber schreiben, welche Änderungen erforderlich sind, um in einer solchen Atmosphäre zu atmen. Das Drama dessen, was passiert, wenn das System aufgrund einer Krankheit ausfällt oder die Schwierigkeit, konventionelle Technologie zu haben, ist zu gut, um vorbeizukommen.
@Seraphim Nun, dein In wird Stahlterritorium verbrennen.
@Seraphim CO2 ist für uns etwas harmlos. OSHA erlaubt Ihnen gerne, jeden Tag den ganzen Tag mit 5000 ppm zu arbeiten. 30000 ppm sind für eine halbe Stunde ok. 100.000ppm sind 10 Minuten überlebbar, führen aber zu einer unangenehmen Lungenreizung, hauptsächlich aufgrund der sich in Lunge und Schleimhäuten bildenden Kohlensäure. Das sind schon 10% der Luft! Die größte Gefahr von hohem CO2 in der Umgebung besteht darin, dass es Ihren Atemreflex durcheinander bringt und zu Hyperventilation führt.

Sie können die Sauerstofftoxizität vermeiden, indem Sie den Druck reduzieren. Mein Vorschlag wäre also, hoch in den Bergen zu leben, wo die Atmosphäre dünner ist. Von ihrer Basis dort oben aus könnten sie neue Technologien entwickeln, die es ihnen ermöglichen, sich schrittweise weiter nach unten zu bewegen.

Aber nachdem ich die Bearbeitung gesehen habe, glaube ich nicht, dass der Anstieg des Sauerstoffgehalts einem heutigen Menschen von der Erde ernsthafte Probleme bereiten wird

OP fragt ausdrücklich nach Modifikationen der menschlichen Physiologie
Willkommen, David, nehmen Sie bitte an unserer Tour teil und informieren Sie sich im Hilfezentrum über unsere Wege. Es lohnt sich auch, die Fragen vor der Beantwortung sorgfältig zu lesen.

Interessanterweise wird unsere Atmung eher durch die Menge an Kohlendioxid im Blutkreislauf als durch den Sauerstoffgehalt gesteuert, weshalb Patienten unter Vollnarkose Luft mit erhöhtem CO2-Gehalt verabreicht wird – es weckt den Wunsch des Patienten, weiter zu atmen, was ziemlich nützlich ist.

Eine Anpassung dieses Mechanismus, sodass er vom Sauerstoffgehalt statt vom CO2 abhängt, würde zu niedrigeren Atemfrequenzen führen, die die Sauerstoffkonzentration im Blut korrekt halten würden. CO2 könnte sich auf höhere Werte als für Menschen normal aufbauen, da das Atmen auch CO2 entfernt, aber ich glaube nicht, dass dies negative Auswirkungen hätte, da es im Wesentlichen neutral ist (wie Stickstoff), aber vielleicht könnte jemand, der sich auskennt, dies kommentieren.

Atmen in einer sauerstoffreichen Welt. Was kann getan werden, um das Sterben der Menschen zu verhindern?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v