Отращивание частей тела: какова стоимость?

Источником данных, который я использовал, является Состав человеческого тела .
Это ясно показывает, что белки, вода и липиды составляют 97% массы человеческого тела, и я предполагаю, что мы можем получить довольно точную оценку, если просто учтем, что им не приходится иметь дело со всем остальным материалом внутри тела. тело человека. В конце концов, речь идет о хорошей оценке, а не о точном расчете.

Вода

Как указывалось ранее, мы можем предположить, что H ₂ O уже легко доступна, поэтому мы можем сказать, что для ее образования не требуется энергии. Это уже составляет 65% массы. Таким образом, мы имеем полную энергию

$$E_{\text{H}_2\text{O}} = 0 \text{kJ}$$

Белки

У меня серьезные проблемы с поиском данных об энтальпии белков. Единственное, что я нашел, касалось изменения энтальпии при сворачивании и связывании белка со значением

$$H_\text{proteins}=4 \frac{\text{kcal}}{\text{mol}} \ \ (16.7\frac{\text{kJ}}{\text{mol}})$$ Это, безусловно, не относится к правильной вещи, но, по крайней мере, чтобы иметь что-то для расчета, я буду использовать это значение, предполагая, что реальное значение имеет аналогичную величину. В этом я не уверен.

Средняя молекулярная длина белка для человека составляет 375 аминокислот . А средняя аминокислота весит 110 Да (т.$110\frac{\text{g}}{\text{mol}}$) Это приводит к средней молярной массе

$$M_\text{protein}=41,250 \frac{\text{g}}{\text{mol}}$$ . Это предполагает, что белки равномерно распределены в организме, что, вероятно, неверно, но может дать нам достаточно приличную оценку.

$$m_{\text{arm}} = 5 \text{kg}$$ $$m_{\text{arm;proteins}} = 0.12 \times m_{\text{arm}} = 0.6 \text{kg}$$ $$n_\text{proteins} = m_{\text{arm}} / M_\text{arm;proteins} = 0.01455 \text{mol}$$ $$E = H_\text{proteins} \times n_\text{proteins} - \sum_i {H_\text{material i} \times n_\text{material i}} \ \ \text{(if we assume no byproducts)}$$ $$E_\text{proteins} = 243 \text{kJ} - \sum_i {H_\text{material i} \times n_\text{material i}}$$

Я не уверен, какие состояния исходных материалов принять. Вода ($−285.83 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$), графит ($0 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$), газообразный азот ($0 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$) может работать с незначительными добавками или с учетом побочных продуктов.

Если бы мы предположили, что вода является основным материалом, мы могли бы увидеть, что необходимая энергия увеличилась бы, поскольку энтальпия O 2 _и H ₂$0 \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$Кислород, вероятно, будет побочным продуктом образования аминокислот, учитывая этот сценарий, а энтальпия образования воды отрицательна.

Поскольку структуры аминокислот содержат около 2-4 атомов кислорода , справедливо предположить, что вам потребуется в среднем 3 H ₂ O для одной аминокислоты. В среднем 375 аминокислот на белок

$$n_{\text{H}_2\text{O}} = 375 \times 3 \times n_\text{proteins} = 16.369 \text{mol}$$ . Это дает нам уравнение выше $$E = H_\text{proteins} \times n_\text{proteins} - {H_{\text{H}_2\text{O}} \times n_{\text{H}_2\text{O}}} \ \ \text{(if we assume no byproducts with H $\neq 0$)} = 243 \text{kJ} - (-285.83 \frac{\text{kJ}}{\text{mol})} \times 16.369 \text{mol} = 4,922 \text{kJ}$$

Если мы возьмем калориметрические значения вместо всех, которые я пытался привести к разумным данным, мы получим 4 ккал на грамм белков. Это приводит к

$$E_\text{proteins;calorimetric} = m_\text{arm;proteins} \times 4 \frac{\text{kcal}}{\text{g}} = 600g \times 4 \frac{\text{kcal}}{\text{g}} = 2400 \text{kcal} = 10,041kJ$$ Так что примерно в два раза больше, чем у меня было с другими данными.

Липиды

С липидами у меня также возникли проблемы с поиском хороших данных, поэтому я решил использовать калориметрические данные, которые, по-видимому, находятся между$38,702 \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$и$39,748 \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$.
я буду использовать$39,748 \frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$в качестве оценки энергии, используемой для создания липидов, что, вероятно, не совсем правильно, но может быть не так уж сильно.

$$m_{\text{arm;lipids}} = 0.2 \times m_{\text{arm}} = 1 \text{kg}$$

$$E_\text{lipids} = m_{\text{arm;lipids}} \times 39,748 \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} = 39,748 \text{kJ}$$

Предварительная сумма энергии

Суммируя все результаты, мы получаем оценочную сумму

$$E_\text{total} = \sum_i{E_i} = 44.670 MJ$$ или если мы возьмем калориметрическое значение для белков $$E_\text{total;cal.proteins} = 49.789 MJ$$

---

Другой результат, основанный на этом ответе @Freedomjail

Это может быть очень простой ответ, но я нашел эту ссылку с некоторыми значениями калорийности:

Калорийность костей и мяса

Это приближение, но для этого

мясокостная смесь (процент состава не указан) имеет высшую теплотворную способность 19,69 МДж.кг-1.

Это дает примерно 112 МДж для вашей руки весом 5,7 кг.

Насколько я помню, теплотворная способность — это энергия, полученная при сжигании материала, которая очень похожа на разделение молекул на отдельные атомы или, по крайней мере, на несколько очень мелких молекул. Если это так, то это противоположно энергии, необходимой для создания молекул из отдельных атомов.

Теперь я говорил о 5-килограммовой руке, так что с учетом этого получается 98 МДж.

---

Итак, мы получили оценки от 44 до 98 МДж.
Согласно калькулятору калорий , моя рекомендуемая суточная доза составляет 8140 кДж (8,14 МДж). Это означает, что необходимая энергия будет равна потреблению калорий в течение 5,4-12 дней.

Я помещу свои источники в нижней части части:

Для этой 5-килограммовой руки потребуется 3250 г кислорода, 900 г углерода, 500 г водорода, 150 г азота, а остальное — негазы, которые нужно будет добывать в другом месте.

Мы можем получить большую часть этого количества из атмосферы, но нам нужно удалить около 7500 м ³ сухого воздуха, чтобы получить достаточное количество водорода, поэтому, если мы предположим, что водяной пар составляет 1%, что примерно соответствует среднему уровню на уровне моря, или все газы только из примерно 35 м ³ или 35 000 литров воздуха, чтобы получить весь необходимый нам углерод, мы можем получить кислород и т. д. из этого объема с относительной легкостью.

Нам нужно будет поразить землю, растения и животных вокруг нас, чтобы получить еще 200 г твердых элементов, в основном кальция и фосфора, что может быть довольно грязно, но вот так.

На основе свиней, поскольку у них примерно одинаковая химия тела и, как ни странно, ни у кого нет такой цифры для людей, мы обычно превращаем около 35% того, что мы едим, в ткани, конечная калорийность 5-килограммовой руки составляет около 23 500 пищевых калорий. поэтому нам потребуется 67 000 калорий, чтобы поддерживать его производство. Я получаю эти 280 МДж, но это предполагает чрезвычайно расточительный естественный метаболизм, если мы используем более эффективное прямое преобразование, то ваши расчеты верны, и это всего около 50 МДж, много, но не ужасно.

В качестве альтернативы, если есть рука, состоящая из всего, что нам нужно, чтобы отрастить ее, уже упакованная в виде белков и т. Д., Лежащая на земле или иным образом отделенная, но еще не на большом расстоянии от героя. Как будто в руках ничего не подозревающего плохого парня закупка и переработка становятся намного дешевле.

Состав тела

Атмосферный состав

Плотность атмосферы

Коэффициенты конверсии еды