Насколько эффективной может быть анаэробная мегафауна?

Итак, в этой таблице перечислены пути анаэробного дыхания и потенциалы восстановления, которые они производят, поскольку альтернативные пути используют либо первичное восстановление, либо первичное окисление в качестве ворот к циклу Кребса, мы можем рассматривать цифры EO ^' в таблице как абсолютные значения . Я сделал личное заявление о том, что наиболее доступными дыхательными путями для крупных форм жизни являются вход и выход газа, а не те, которые требуют акцептора электронов, который находится в твердом или жидком состоянии при комнатной температуре, как, например, пути восстановления металла, или производящие такие. соединение, как и при ацетогенезе. Основываясь на этом предположении, мы хотим рассмотреть метаногенные дышащие углекислым газом на предмет максимальной эффективности. Этот путь производит E^{O '} всего -0,25 В. Митохондрия является стандартом для аэробного дыхания, которое создает окислительно-восстановительный потенциал 0,82 В, поэтому эквиваленты митохондрий, основанные на чем-то подобном Methanosarcina barkeri , будут иметь примерно 30% выходной энергии их зависимых от кислорода аналогов. Существа, использующие метаногенные митохондриальные органеллы, будут вдыхать углекислый газ и выдыхать метан, используя химию тела, которая в остальном очень похожа на то, что мы привыкли видеть. необходимо заменить на соединение, которое вводит углекислый газ и выводит метан.

Для естественной экосистемы растения должны были бы следовать по пути анаэробного окисления метана , чтобы обеспечить атмосферу с высоким содержанием углекислого газа со сбалансированным истощением метана. Если это связано с нитратами, то они могут быть функционально похожи на земные бобовые, включая все, от клевера до акации.

Чтобы ответить, не исследуя сложные метаболические пути, не основанные на кислороде: почему бы просто не фотосинтезировать? В конце концов, вы только оговорили, что атмосферный кислород — это нет-нет, и действительно «бескислородная планета» звучит маловероятно (это 3-й самый распространенный элемент в нашей Солнечной системе и Млечном Пути в целом).

Для этого требуется готовый запас воды и углекислого газа, что не является совершенно необоснованным требованием ... в конце концов, первобытная земля справилась с этим, и, учитывая, что водород, углерод и кислород входят в четверку самых распространенных элементов. было бы удивительно, если бы они не были широко представлены на многих внесолнечных планетах.

Рассмотрим корову. Согласно этому документу о питании и энергетическом балансе коров, «средняя корова» (какой бы она ни была , но эта весит около 590 кг) использует около 40 Мкал в день (это около 40 МДж в разумных единицах), чтобы ковылять и поддерживать себя. живыми каждый день (сравните это с цифрами в XKCD «зеленая корова, что, если »). Предположение XKCD состоит в том, что корова, работающая на солнечной энергии, может получать всего 2 МДж/день от солнечного света, чего явно недостаточно.

Конечно, есть много возможностей для улучшения фотосинтеза: только около 28% падающего света фактически собирается хлорофиллом, а процесс синтеза глюкозы эффективен только примерно на 30%. Небольшие улучшения (порядка 17%) были сделаны в трансгенных растениях табака .

Увеличение площади поверхности также возможно... большие неподвижные пластины и плавники встречаются у различных видов динозавров, а у многих других животных есть веера, гривы, гребни и перепончатые конечности, хотя дальнейшие предположения о способах увеличения площади поверхности животных довольно дрейфуют. быстро выходит за рамки требований «точных наук».

Сочетание площади поверхности и эффективности фотосинтеза может помочь преодолеть 20-кратный метаболический разрыв. Вы можете махать рукой, как считаете нужным.

Есть, конечно, еще один вариант. Коровы, конечно, эндотермы, и это означает, что их метаболизм должен постоянно поддерживаться на умеренном уровне. Пойкилотермы, с другой стороны, приспособлены к очень низкому уровню метаболизма... необходимому для животного, которому, возможно, придется справляться с низкой температурой тела, будучи неспособным согреться в достаточной степени. Стандартный уровень метаболизма крокодилов составляет примерно одну десятую от среднего уровня метаболизма млекопитающих (какими бы они ни были) от базового уровня метаболизма того же веса . Внезапно вы имеете дело не с 20-кратным разрывом, а скорее с 2-кратным разрывом, который можно разумно преодолеть за счет умеренного увеличения площади поверхности и эффективности фотосинтеза.

Они могут проводить длительные периоды времени, накапливая запасы энергии, впадая в спячку ночью (или в плохую погоду) и оставаясь более или менее неподвижными в течение дня. Когда возникает необходимость, крокодилы способны вырабатывать значительное количество энергии только за счет анаэробного метаболизма, могут устраивать засады, драться или бежать, если это необходимо. Энергия может быть даже полезна для размышлений , если вам нужна действительно необычная, нестандартная идея.

Вот один из возможных прототипов ваших зверюшек... диметродон .

Вы спрашивали о фактических показателях эффективности анаэробного метаболизма... ну, глядя на наземные метаболические пути, одним из показателей эффективности, возможно, является количество АТФ, которое вы получаете на молекулу глюкозы. Анаэробный гликолиз , процесс, который ваши клетки (особенно ваши мышечные клетки) будут использовать в периоды высокой потребности в энергии и недостаточного насыщения кислородом, производит около 2 молекул АТФ из энергии, доступной при метаболизме одной молекулы глюкозы. Аэробный метаболизм управляет примерно 34 из потенциального максимума в 38. Образующееся большое количество лактата может быть переработано через цикл Кори , если доступны какие-либо другие средства производства АТФ, но это требует энергии, и это нехорошо, если это энергия производится с помощью средств, которые производят больше лактата.

Какие еще это могут быть средства? Ну, конечно, фотосинтез производит кислород как побочный продукт. Растения просто выделяют отработанный кислород в атмосферу, но ваши звери могли бы разумно хранить его в своих легких, тратя, возможно, целый день на то, чтобы сделать «один вдох» довольно чистого кислорода. Это дает отличный запас окислителя для нормального гликолиза. Возможно, есть какие-то другие, более необычные способы хранения кислорода для последующего использования... возможно, внутриклеточные запасы перекиси, но они быстро выходят за рамки строгого научного режима.