Как формамидные озера могли образоваться на экзопланете?

Недавно я искал альтернативные биохимические методы для жизни, и среды, в которых они могли быть найдены. Я уже задавал вопрос о том, как могут образовываться аммиачные океаны некоторое время назад. Сегодня меня интересует формамид , так как согласно книге, которую я недавно прочитал, CH3NO

введите описание изображения здесь

вполне приличный растворитель.

Формамид образуется при реакции цианистого водорода с водой; оба изобилуют в космосе. Как и вода, формамид обладает большим дипольным моментом и является превосходным растворителем практически для всего, что растворяется в воде, включая полиэлектролиты. В частности, формамид способен растворять РНК, ДНК и белки, а также их предшественники. Формамид не реактивен, как вода. Действительно, многие соединения, термодинамически неустойчивые в воде по отношению к гидролизу, устойчивы в формамиде. Сам формамид гидролизуется водой, а это означает, что он сохраняется только в относительно сухой среде, такой как пустыня. Пустынная среда, недавно предложенная как потенциальное место для пребиотического синтеза рибозы, также может содержать формамид. Поскольку формамид кипит при ~400 К, смесь формамида и воды, если поместить ее в пустыню, со временем потеряет воду и превратится в лужу формамида. В этом пуле многие синтезы являются термодинамически выгодными: полипептиды из аминокислот, нуклеозиды из сахаров и оснований, нуклеотиды из нуклеозидов и неорганического фосфата и РНК из нуклеотидов. Действительно, сложные эфиры фосфорной кислоты также синтезируются спонтанно. Сюда входят АТФ (из АДФ и неорганического фосфата), нуклеозиды (из рибоборатов и нуклеооснований), пептиды (из аминокислот) и другие.

Все это звучит неплохо, но, как и в случае с аммиачными океанами, я не уверен, как такая среда могла образоваться естественным путем. Книга предполагает возможность испарения водно-формамидных прудов в пустынях, но я не знаю никаких формамидных озер в земных пустынях. Также маловероятно естественное образование цианистого водорода, по крайней мере, в требуемых количествах.

Я думаю, что жаркие, бедные водой пустынные миры были бы местом перед формамидными озерами. Из-за того, что формамид сгорает в присутствии кислорода, в атмосфере также может отсутствовать кислород. Так должна ли планета иметь атмосферу с преобладанием азота или углекислого газа?

Как должна была быть приготовлена ​​горячая пустынная планета, чтобы образовались формамидные озера? Может ли такая планета образоваться? Биологические решения, такие как сине-зеленая водоросль, производящая кислород на Земле, допускаются, если они правдоподобны, хотя я бы предпочел геохимические решения. Терраформирование как ответ отсутствует.

температура кипения форамида зависит от давления
@Jasen Ну, очевидно. Но хотя это и увеличивает обитаемую зону формамида, это не имеет отношения к формированию такой планеты.
Я действительно не понимаю, как оправдать доступность цианистого водорода для начала. Но как только вы это сделаете, если температура и давление находятся в подходящем (несколько довольно узком) диапазоне, тогда смесь воды и цианистого водорода действительно будет уравновешиваться преимущественно водой в паровой фазе и формамидом в жидкой фазе.
(Продолжение) Эти температуры, вероятно, довольно негостеприимны для типов молекул, которые использует жизнь, о которой мы знаем, даже в растворителе формамиде, так что тогда у вас возникает вопрос о том, как вода была потеряна (не в атмосферу, а из планету целиком) до того, как планета остынет.
Что касается температуры вашего формамидного моря - я не думаю, что оно должно быть пустынным или даже жарким. Источник, который вы цитируете, говорил об этом только для того, чтобы при смеси формамида и воды вода испарялась, оставляя только формамид.

Ответы (3)

Формамид может быть образован конденсацией монооксида углерода и аммиака. https://en.wikipedia.org/wiki/Формамид

Восстанавливающая планета с аммиачно-метановой атмосферой вероятна. Если есть также немного воды, можно представить, что атмосферная вода подвергается фотолизу с образованием небольшого процента свободного водорода и кислорода. Водород будет подниматься вверх и выходить из атмосферы, но кислород может оставаться там достаточно долго, чтобы занять себя.

Если есть немного кислорода, он, вероятно, прореагирует с метаном с образованием угарного газа. По-видимому, это произошло на ранней Земле.

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

... исследователи использовали компьютерные модели, чтобы лучше понять химический состав атмосферы Земли около 3 миллиардов лет назад, когда воздух на нашей планете содержал очень мало кислорода. В то время микробная жизнь была обычным явлением на Земле, но животная жизнь была далеко впереди. (Самые ранние окаменелости многоклеточных организмов датируются около 600 миллионов лет назад.)

Результаты группы показали, что в те давно минувшие дни CO мог накапливаться в значительных количествах, достигая концентрации около 100 частей на миллион (ppm), что примерно в 1000 раз превышает текущий уровень.

«Это означает, что мы можем ожидать высокого содержания монооксида углерода в атмосферах обитаемых, но бедных кислородом экзопланет, вращающихся вокруг звезд, подобных нашему Солнцу», — соавтор исследования Тимоти Лайонс, профессор биогеохимии Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR). , — говорится в сообщении.

Некоторый процент окружающего CO может реагировать с окружающим аммиаком с образованием формамида, который выпадает в осадок в виде жидкости и накапливается. Мне нравится идея о каком-то биологическом катализаторе этой реакции, объясняющем, почему она скапливается в озере — вещи, синтезирующие ее, живут в озере.


Думать о том, почему формы жизни синтезируют форму амида - легко. Энергия.

энтальпия образования формамида

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

Когда эти формы жизни ловят CO и подключают его к окружающему NH3, они каждый раз получают немного энергии обратно.

Это кажется необычным типом строительства гнезда. обычно любое химическое вещество, синтезируемое в больших количествах и выделяемое животным в изобилии, является отходами.
При концентрации CO всего в 100 частей на миллион вы не будете производить столько формамида. Вам нужно достичь давления насыщения на уровне земли, чтобы сформировать жидкости.
@AtmosphericPrisonEscape - вот почему я думал, что формамид будет отходами. CO2 составляет всего 300-400 частей на миллион, но организмы, которые его утилизируют, сумели загрузить нашу атмосферу ядовитыми отходами O2 всего за пару миллиардов лет.
Не уверен, сколько это в массе, по сравнению с массой океанов...

«Биологические решения, такие как сине-зеленая водоросль, производящая кислород на Земле, разрешены, если они правдоподобны»

«Из-за того, что формамид сгорает в присутствии кислорода, в атмосфере также может отсутствовать кислород. Так должна ли планета иметь атмосферу с преобладанием азота или углекислого газа? - Это противоречит правдоподобию сине-зеленых водорослей, производящих кислород.

Хорошо, давайте начнем.

  • Метан должен быть в изобилии на этой планете, и лучший способ добиться этого — умелая колонизация почвы метаногенами и анаэробными метанотрофами.

  • В наличии метан, рядом аммиак, газообразный аммиак. Высыхающие почвы выделяют реактивный азот, такой как закись азота и аммиак.

CH4 + NH3 -> HCN + 3H2

  • Доступен цианистый водород. Ограниченное количество воды (дождь < 25 см) обеспечит образование формамида в результате реакции с цианистым водородом.

  • Бескислородная атмосфера, присутствие кислорода, но не в свободной форме.

  • Наконец, лучше использовать сине-зеленые цианобактерии (Microcoleus), а не сине-зеленые водоросли.

Я не геофизик, но надеюсь, что помог с химией и биологией.

"умелая колонизация твоей души" что ты имеешь в виду? Сине-зеленые водоросли были задуманы только как пример биологических процессов, производящих химические вещества в количестве, которое изменяет окружающую среду на всей планете. Спасибо за ответ
прошу прощения, это была опечатка, я хотел напечатать почву
возможны биологические процессы, но с микроорганизмами, функционирующими в бескислородной среде. Эти микроорганизмы должны иметь возможность извлекать кислород (если это необходимо для выживания) из бескислородных соединений (например, закиси азота).

На ранних стадиях развития планеты, когда столкновения с астероидами и планетоидами являются обычным явлением, астероиды, содержащие аммиак/окись углерода (в твердой форме), могут столкнуться с планетой, выбрасывая ее в атмосферу или кору планеты. Со временем, по мере развития атмосферы, аммиак/окись углерода может высвобождаться и образовывать конденсат, образуя формамид. Кроме того, астероиды могут содержать в себе формамид, как это обычно бывает в космосе. Астероиды сталкиваются, и по мере развития планеты формамид образует океаны или озера. Планета может находиться в пределах диапазона расстояний, чтобы это произошло, поскольку она кипит примерно при 260 градусах по Фаренгейту и является твердой при 37 градусах по Фаренгейту.