Pflanzenwelt in alternativer Atmosphäre

Ja, es gibt eine Alternative.

Pflanzen, die Chlorophyll verwenden, müssen meines Wissens CO ₂ aufnehmen und Sauerstoff abgeben. Chlorophyll ist also ein No-Go. Glücklicherweise verwenden nicht alle Photoautotrophen Chlorophyll. Einige wenige verwenden eine Substanz namens Bacteriochlorophyll (siehe auch hier ). Hier ist seine Struktur:

^{Nicht markierte Atome (Eckpunkte) sind Kohlenstoffatome.}

Bacteriochlorophyll kommt, nicht überraschend, in Bakterien vor! Bestimmte „grüne Bakterien“ enthalten Organellen, die Chlorosomen genannt werden . Der Ablauf sieht so aus:

Einiges davon kann aus dem Bild verstanden werden; mehr Details werfen etwas Licht darauf (Wortspiel sehr beabsichtigt).

Viel bessere Informationen finden Sie hier . Der photosynthetische Prozess, an dem Bakteriochloropyll beteiligt ist, kann wie folgt zusammengefasst werden:

Die Energie wandert zuerst zu "zylindrischen Aggregaten von Bchl c und Carotinoiden" (1), vom Carotinoid zum Bchl-Chlorosom. Dann geht es an die Grundplatte (2) von Bchl. Von dort geht es zu den Antennenproteinen (5) und schließlich zum Reaktionszentrum (6). Es gibt Bchl sowohl in den Antennenproteinen als auch im Reaktionszentrum. Wird dadurch das zweite Bild von oben etwas klarer?

Prozesse, die Bakteriochlorophyll verwenden, verwenden kein Kohlendioxid, wie dies bei der normalen Photosynthese der Fall ist.

Prozesse, die Bakteriochlorophyll verwenden, sind eigentlich eine Untergruppe von Prozessen der anoxygenen Photosynthese (siehe auch hier ). Die anoxygene Phoyosynthese produziert keinen Sauerstoff (daher „anoxygen“). Wasser wird nicht als Elektronendonator verwendet (eine Alternative ist H ₂ S). Dieses PDF enthält einige sehr informative Diagramme des Prozesses (Seiten 6 und 7). Hier ist eine (mit den Notizen einer anderen Person!):

Das große Problem bei der Verwendung von Bakteriochlorophyll ist, dass es nach bestem Wissen der Wissenschaftler nur von einigen Bakterien verwendet wird, nicht von Pflanzen. Sie können dies wahrscheinlich irgendwie umgehen, indem Sie Bedingungen schaffen, unter denen eine normale Photosynthese (dh die Verwendung von Chlorophyll) nicht möglich ist. Vielleicht ist H ₂ O nicht allzu reichlich vorhanden, H ₂ S hingegen schon.

Alles Leben im Universum basiert wahrscheinlich auf Kohlenstoff, so dass jeder Planet, der Leben tragen kann, ausreichend Kohlenstoff in der Atmosphäre und/oder im Boden benötigt, um organische Moleküle zu bilden. Dazu habe ich vor einigen Jahren eine kurze Arbeit geschrieben: https://www.dropbox.com/s/aai21mjdlyyw9fv/SiBiochem.pdf?dl=0

Zusammenfassen:

Sie müssen Ihre Biochemie auf ein Element mit ähnlichen chemischen Eigenschaften wie C (Tetravalenz, sp3-Orbital-Hybridisierung usw.) stützen. Die einzigen Elemente mit den gleichen Eigenschaften wie C sind die der C-Gruppe, von denen Si das zweitleichteste ist. Das Problem dabei ist, dass Silane (Si-O-Verbindungen) alle fest, unflexibel und weniger stabil sind als ihre entsprechenden organischen Moleküle, was ihre Verwendung als Bausteine ​​(Proteine, Lipide, DNA usw.) und ihre Verstoffwechselung erschwert. Schwerere Elemente in der C-Gruppe leiden noch mehr unter diesem Problem (und anderen)

Was Sauerstoff betrifft, weiß ich nicht, ob ein anderes Element ihn ersetzen könnte; Es lohnt sich, im Internet nachzuschauen oder die Eigenschaften anderer Elemente der Sauerstoffgruppe (oder vielleicht der Bor- und Stickstoffgruppe?) zu studieren.

Wenn Sie sich an Sauerstoff halten, gibt es viele Moleküle, die Chlorophyll ersetzen könnten. Hämoglobin hat im Wesentlichen die gleiche molekulare Struktur (die Unterschiede bestehen darin, dass sein Kern ein Eisenatom anstelle eines Magnesiumatoms ist und dass sich einige der Stickstoffatome an verschiedenen Stellen befinden), daher glaube ich, dass Hämoglobin für die Photosynthese (und Chlorophyll für Sauerstoff) verwendet werden könnte Transport in einer Art modifiziertem Blutkreislauf) unter bestimmten Bedingungen (ich wollte dieses Problem vor einiger Zeit wissenschaftlich untersuchen, bin aber nie dazu gekommen). Sie können das Magnesium wahrscheinlich auch durch ein anderes Metallatom ersetzen und etwas Ähnliches haben.

Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Sie die Stickstoffabhängigkeit loswerden können, wenn Sie sich an etwas Chlorophyllähnliches halten.

Die optischen Eigenschaften von Chlorophyll-ähnlichen Molekülen können sich stark von denen des Chlorophylls selbst unterscheiden (beispielsweise streut Hämoglobin rotes Licht und absorbiert grünes Licht, während Chlorophyll grünes Licht streut und blaues und rotes Licht absorbiert). Abgesehen von möglichen strukturellen Veränderungen, die Ihre nicht auf Chlorophyll basierenden Pflanzen haben könnten, würden sie wahrscheinlich hauptsächlich eine andere Farbe als Grün haben.