Я пытаюсь построить подводную экосистему под ледяной коркой Ганимеда. Я знаю, что Юпитер излучает большое количество ионизирующего излучения и синхотронов, и подумал, что, возможно, он сможет заменить солнечный свет в этой экосистеме. Моя идея состоит в том, что какой-то крупный организм зарывается в лед своими корнями, похожими на усики, чтобы поглощать радиацию и в основном соответствует экологической нише деревьев. Я также читал о радиотропных меланизированных грибах, которые, как считается, используют меланин для снижения длины волны некоторых высокоэнергетических излучений до приемлемого уровня.
Итак, мой вопрос
Это очень интересный вопрос!
Могут ли эти организмы использовать меланин, чтобы поглощать часть излучения в виде тепла и излучать пригодную для использования длину волны излучения для химического процесса, аналогичного фотосинтезу, когда он вводит кислород в мою экосистему?
Вы, наверное, думаете о радиотрофном грибке , который обнаружили в Чернобыле:
Радиотрофные грибы - это грибы, которые, по-видимому, осуществляют радиосинтез, то есть используют пигмент меланин для преобразования гамма-излучения в химическую энергию для роста.
Особое внимание уделяется гамма-излучению. Если вы хотите использовать пигмент для извлечения энергии из излучения, это должно быть электромагнитное излучение — альфа- и бета-излучение не годятся. К несчастью для вашей экосистемы, ЭМ-излучение не проникает подо льдом Ганимеда. Даже не гамма.
Вода является очень эффективным щитом против него. Если между вами и источником гамма-излучения будет 13 см воды, вы получите только половину излучения, которое могли бы получить в противном случае .
Даже если бы это было не так, вам было бы трудно найти источник гамма-излучения. Солнце не излучает гамма-излучение . Магнитосфера Юпитера достаточно мощная, чтобы генерировать рентгеновские лучи, а не гамма . Если у вас есть источник в самом жидком океане, он, вероятно, будет [удалено] в окружающей его экосистеме.
Если нет, то (при условии, что любое необходимое питательное вещество / молекула присутствует в природе) существует ли какой-либо теоретический химический процесс для этих организмов с использованием радиосинтеза?
Мы просто не знаем, каким образом существо могло бы использовать α- или β-излучение для своего метаболизма; оба имеют тенденцию причинять большой вред ДНК и органеллам. Любой местный источник гамма-излучения также будет генерировать много этих двух других.
Если вы хотите быть реалистом, вы можете иметь хемолитотрофные организмы в качестве основы пищевой цепи. Хемолитотрофы будут процветать только вокруг гидротермальных источников , но остальная часть экосистемы сможет свободно бродить и жить в другом месте.
И последнее, но не менее важное: если вы хотите пройти этот маршрут, Европа — лучший кандидат, чем Ганимед :
Дело в том, что подповерхностный океан Европы исходит из высокой вероятности приливного нагрева, таяния льда под поверхностью. Ганимед имеет гораздо более слабую приливную силу и, следовательно, более слабый приливный нагрев, чем Европа и Ио. Уровень приливного нагрева Ганимеда не мог обеспечить достаточно тепла, чтобы образовался океан из жидкой воды. Помимо приливного нагрева, мы не уверены, откуда может взяться достаточно тепла, чтобы растопить лед.
Я знаю, что это противоречит вики, в которой говорится, что на Ганимеде, вероятно, есть океан глубиной 800 км. Я считаю, что статья из LASP старше. Однако факт остается фактом: на Европе приливы сильнее. Они помогают перемещать геологию Луны, что со временем может обеспечить питательными веществами подповерхностный океан. Я считаю, что Европа тоже богаче солями, так что лучше, чтобы химия породила жизнь.
Ответ Ренана подчеркивает важные факты о проникновении излучения через лед (ограничено для гамма-излучения, функционально несуществующего для бета-электронов и альфа-ядер) и большую вероятность существования хемоавтотрофных организмов. Однако я могу немного добавить о потенциальных фотоноцентрических механизмах, если это представляет интерес.
Основной важной частью информации является понимание того, что жизнь в основном живет за счет химических градиентов энергии. Найдите какой-нибудь способ получить дополнительную энергию, которая может трансформировать сложные молекулы, и вы, вероятно, сможете создать какую-то форму самовоспроизведения из этих молекул.
На Земле мы находим жизнь, строящуюся на основе фотосинтеза (при котором энергия входящего фотона захватывается молекулой хлорофилла, а затем хитроумная химия приводит к тому, что эта энергия перенаправляется на микробиологическую работу по созданию сложных молекул в других частях клетки) или хемотрофная жизнь, которая покидает около (например) океанских вулканов и «поедает» экзотические соединения серы, которые очень активно реагируют с углеродистыми молекулами и, таким образом, могут использоваться для выполнения микробиологических работ.
Теоретически фотоны гамма-излучения могут быть захвачены и использованы так же, как видимый свет в фотосинтезе, вам просто нужна молекула, похожая на хлорофилл, которая настроена на энергию некоторых соответствующих фотонов (захватывает фотон, продвигая хлорофилл). к более высокой энергии вибрации или ионизации, которые могут быть использованы в дальнейших органических реакциях). Значительная трудность здесь заключается в том, что гамма-излучение обычно передает достаточно энергии для ионизации/разрыва связей в органическом материале, разрушая форму жизни.
Возможное решение для гамма-питателей: либо вам нужен организм, состоящий из более прочного материала, чем углеводороды, либо изобретите систему, в которой ваши организмы создают неглубокие стабилизированные дендритные туннели в ганимедийском льду, а затем располагаются на более глубоком уровне (вспомните, что гамма-излучение проникает лёд плохо) и прокачивают по туннелям фотосинтетическую жидкость, реабсорбируя возвращающиеся заряженные соединения, но не подвергая себя прямому воздействию гамма-излучения. Детали сложны — в реальной жизни вам нужно химически использовать поглощенный хлорофиллом фотон за несколько сотен наносекунд, иначе хлорофилл преобразует энергию в бесполезное тепло — но выполнимо.
Возможное решение для бета-питателей: Бета-излучение может легко ионизировать органические вещества, которые в принципе могут быть использованы в качестве источника энергии для органических реакций, хотя химический путь будет несколько другим. Однако бета-излучение более разрушительно для молекул, чем гамма-излучение (электроны несут больше энергии, чем фотоны), что дает нам гораздо более сложные варианты проблемы разрушения, чем раньше. Кроме того, любое место, подверженное воздействию бета-излучения, должно находиться на поверхности льда, что означает прямое воздействие гамма- и альфа-излучения. Я не могу представить форму жизни, разумно живущую в таких условиях, без совершенно нового химического состава, противостоящего радиационному повреждению.
Возможное решение для альфа-фидеров: нет. Альфа-излучение — это летающие ядра гелия. Конечно, они несут много энергии, но пытаться использовать их для органических реакций — все равно, что пытаться поймать шар для боулинга паутиной.
Гидролиз воды. И еще кое что.
Ионизирующее излучение может гидролизовать воду. Это важно для людей, хранящих радиоактивные материалы и обращающихся с ними, поскольку могут накапливаться продукты гидролиза воды.
https://en.wikipedia.org/wiki/Радиолиз
Из всех изученных радиационно-химических реакций важнейшее значение имеет разложение воды. Под воздействием радиации вода подвергается последовательному распаду на перекись водорода, водородные радикалы и различные соединения кислорода, такие как озон, которые при обратном преобразовании в кислород высвобождают большое количество энергии. Некоторые из них взрывоопасны.
Альфа-частицы лучше всего гидролизуют воду, потому что они наиболее ионизирующие. Бета-частицы и гамма-лучи тоже могут это делать. Все три типа встречаются в недрах земли. На самом деле существуют нефотосинтезирующие экосистемы, которые живут за счет гидролизованной воды, особенно водорода. Водород — вкусная пища для микробов, где бы он ни встречался. В недрах земли он образуется в результате радиоактивного распада и последующего гидролиза воды.
Долгосрочная устойчивость высокоэнергетического биома земной коры с низким разнообразием
Горячая восстановительная газообразная вода, вытекающая из трещины на глубине от 2,8 до 4,2 км/сек, содержала микробное сообщество, в котором доминировал один филотип Firmicutes. Фирмикуты, вероятно, проникли в зону разлома Мпоненг на нынешних глубинах во время инфильтрации палеометеорических вод между 3 и 25 миллионами лет назад и с тех пор полагались на нефотосинтетически полученные H2 и SO42_, преобразованные из архейского/протерозойского пирита. Концентрации питательных веществ остаются намного выше, чем наблюдаемые в более мелководных средах земной коры, что позволяет предположить, что биосфера глубокой земной коры может быть богатой энергией, не приближается к энтропийной смерти и способна бесконечно поддерживать микробные сообщества за счет геологических процессов.
Эти организмы живут за счет встречающегося в природе водорода, высвобождаемого из воды под действием ионизирующего излучения. Вещи просто валяются. Следующий шаг для жадного организма — иметь огромный бортовой резервуар для воды — эквивалент листьев для захвата солнечной энергии. Реактивные продукты гидролиза воды в резервуаре захватываются клеточными белками и изолируются по мере того, как мы изолируем сахар, для последующего объединения для производства энергии и регенерации воды. Бак представляет собой бесклеточную пленку, устойчивую к ионизации. ДНК защищена глубоко под органом резервуара для воды.
Если бы это была научная фантастика, посвященная таким существам, водородная биосфера глубокой земли была бы первым шагом (установленная биогеохимия), а открытие существ из резервуаров с водой - вторым - не такая уж дикая экстраполяция.
Еще один шаг в фантастическую фантастику! У очень энергичных гамма-лучей слишком много энергии, чтобы гидролизовать воду. Они производят другое энергетическое вещество. Позитроны. https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_ray#Matter_interaction
Образование пар: это становится возможным при энергиях гамма-излучения, превышающих 1,02 МэВ, и становится важным как механизм поглощения при энергиях более 5 МэВ (см. иллюстрацию справа для свинца). При взаимодействии с электрическим полем ядра энергия падающего фотона преобразуется в массу электрон-позитронной пары. Любая гамма-энергия, превышающая эквивалентную массу покоя двух частиц (в сумме не менее 1,02 МэВ), проявляется в виде кинетической энергии пары и в отдаче излучающего ядра. В конце пробега позитрон соединяется со свободным электроном, и эти два аннигилируют, а затем вся масса этих двух превращается в два гамма-фотона с энергией не менее 0,51 МэВ каждый.
Эти низкоэнергетические гамма-лучи подходят для гидролиза воды. Когда приходят энергичные гамма-лучи, организм захватывает и сохраняет позитроны для последующего высвобождения, чтобы производить гамма-лучи в неблагоприятные времена. Позитроны - это антивещество. Органы хранения позитронов существа интересны, ценны и чрезвычайно опасны.
Злая кукла