Это зависит от того, что вы подразумеваете под «дышать CO2». Мы вдыхаем определенное количество СО2 — около 400 ppm, в настоящее время — при каждом вдохе, а выдыхаем воздух примерно с 38 000 ppm. Таким образом, люди и другие животные могут терпеть — более того, зависеть — иметь определенную низкую концентрацию CO2 в воздухе, которым они дышат.

Однако гораздо более высокие концентрации убьют нас. СО2 является отходами, и его необходимо удалять из организма.

Что касается дыхания, то в том смысле, что мы дышим кислородом, совершенно невозможно. Мы получаем энергию, реагируя O2 с углеводами и т. д. в пище, производя CO2 как побочный продукт. Нет больше энергии, которую можно было бы извлечь, реагируя на CO2 с чем-либо, что можно было бы разумно найти в земной среде. Нам нужно каким-то образом подражать растениям и использовать какой-то внешний источник энергии, например солнечный свет, для разделения CO2 на O2 и C.

Но фотосинтез зависит от площади поверхности. Человеку необходимы многие сотни квадратных метров фотосинтетической площади для обеспечения своих энергетических потребностей.

Имея 2 типа митохондрий

Насколько это принято в настоящее время, наши митохондрии, органеллы, которые позволяют нам дышать, и те, которые требуют кислорода, когда-то были бактериями, которые занимались аэробным дыханием, которые затем были фагоцитированы эухариотической клеткой-предком, развивая отношения симбиоза с его и, по сути, превращая в клеточный орган. Причина, по которой растения могут участвовать в фотосинтезе, заключается в том, что, как мы подозреваем, они также поедали другие бактерии, способные к фотосинтезу.

Во-первых, почему O2? Что ж, кислород используется в качестве конечного акцептора электронов в нашем дыхательном цикле, объединяясь с водородом, образуя воду и обеспечивая энергию для образования АТФ, поэтому, чтобы дышать CO2, нам также нужно иметь возможность использовать его в качестве акцептора электронов. К счастью, CO2 уже используется некоторыми бактериями, которые не используют кислород. Эти бактерии, известные как метаногены, объединяют углекислый газ с водородом, образуя метан и воду, и обычно процветают в болотах и ​​других местах, где кислород не так широко доступен.

Таким образом, один возможный сценарий, позволяющий нам использовать обе частицы, потребует изменения, начиная с того времени, когда мы были одноклеточными организмами, потребляя разновидность наших метаногенных бактерий, а также ту, которая станет нашими митохондриями, потенциально может позволить целая планета существ, которые могут использовать для дыхания как кислород, так и углекислый газ. Это использование CO2, однако, требует больше водорода, чем использование кислорода, и выделяет метан в дополнение к воде, метан считается удушающим газом в высоких концентрациях, а это означает, что вашим новым людям потребуются специальные метаболические процессы, чтобы справиться с этим химическим веществом, поэтому я Я бы предположил, что это использование факультативно и ограничено средами с низким содержанием кислорода, в которых в изобилии содержится пища, богатая CO2 и водородом.

Примечание : хотя это звучит как небольшое изменение, способность использовать CO2 (газ, который токсичен в достаточно больших количествах и обычно отвечает за снижение pH крови у нашего вида) означает, что у этих людей БУДЕТ группа отличий в их метаболизме. Так что эти люди, как и другие животные, не будут просто точной копией нас и наших животных со второй другой группой митохондрий. Простая эволюция такой черты показала бы, что она была полезной, намекая на существование определенных сред в мире, из которого произошли эти люди, с низким уровнем кислорода, но достаточно высоким уровнем CO2, чтобы тело могло использовать его для производства. АТФ или другие виды давления, из-за которых эта черта была выбрана как полезная.

Итак, подводя итог, ваши люди, как и большинство других животных в вашем мире, будут иметь 2 разных вида митохондрий, смогут дышать как кислородом, так и углекислым газом и, вероятно, будут иметь некоторые метаболические стратегии, чтобы приспособиться к этой способности, а также справиться с метан, так как он будет постоянно течь через их кровоток, пока не выйдет из легких. Также есть шанс, что они эволюционируют, чтобы поглощать больше водорода из пищи.

Не без радикального изменения нашего рациона.

Есть организмы, которые дышат углекислым газом: метаногены. Они также полагаются на наличие избытка водорода в окружающей среде, чтобы уменьшить CO2 до воды и метана.

Пищевые молекулы, используемые эукариотами, в том числе людьми, такие как сахара и липиды, не содержат достаточно высокой доли водорода (или других сильных восстановителей, таких как магний), чтобы было целесообразно вдыхать избыток CO2.

С другой стороны, люди могли бы предположительно эволюционировать (или, по крайней мере, быть спроектированными) так, чтобы им вообще не нужно было ничем дышать, и они выдыхали бы как CO2, так и метан в виде отходов за счет комбинации ферментации и факультативного анаэробного дыхания, которое превращает глюкозу в уксусную кислоту. а затем расщепляет уксусную кислоту на CO2 и метан за счет необходимости потреблять больше пищи, чтобы компенсировать более низкий выход энергии по сравнению с аэробным дыханием.

Гораздо логичнее , чтобы люди эволюционировали так, что вообще ничего не дышали.

Химически кислород подобен батарее . У него много энергии, и он хочет реагировать на вещи, чтобы избавиться от нее. Мы, люди (и большинство вещей, которые вы считаете «жизнью»), пользуемся этим фактом, чтобы подпитывать свои потребности как организмов. После того, как вы взаимодействуете с кислородом и высвобождаете энергию, вы получаете CO2, который подобен разряженной батарее . Существует не так уж много вещей, которые могут иметь меньше энергии, чем CO2.

Растения дышат разряженным углекислым газом из батарей и используют материалы для создания сахаров для хранения солнечной энергии. Вы можете думать о растении как о зарядке пустых батарей, которые они вдыхают, солнечным светом, чтобы создать другую заряженную батарею, в данном случае молекулы сахара. Они даже строят свои тела из сахара, создавая огромные слои молекул сахара, называемых целлюлозой, которые они используют для своей структуры, но это уже другая история.

Вдыхать CO2 — это как собирать разряженные батарейки — довольно бесполезно, если у вас нет другого источника энергии для их зарядки. Тем не менее, вы могли бы получить пищу, которая обеспечивает всю энергию, необходимую организму, без химической потребности в снабжении кислородом. Самый очевидный пример — порох, который может гореть как под водой, так и в космосе, высвобождая при этом свою энергию. Вы также можете добавить кислород или другие окислители в саму пищу. В принципе подойдет любая смесь ракетного топлива, так как она должна сгорать в космосе.

Все, что вы можете поджечь без доступа кислорода, является хорошим кандидатом на роль «пищи», за счет которой люди могли бы жить без кислорода в воздухе. В конце концов, во фразе «сжигание калорий» есть доля правды. Мы гораздо больше похожи на двигатель, чем многие думают.

Я бы поэкспериментировал с эмпирическим правилом «если горит без воздуха, значит работает». Я с нетерпением жду, какие интересные идеи вы придумаете!

Как люди могли эволюционировать , чтобы дышать и кислородом, и углекислым газом

Итак, они уже дышат кислородом. Нам просто нужно добавить CO2. Удивительно, но в принципе это не так уж и сложно.

То, что нам нужно, называется «клеточным эндосимбиозом», который начинается с заражения фотосинтезирующим одноклеточным организмом (вероятно, очень простой водорослью). Инфекция даст вам зеленую кожу, а водоросль будет выделять глюкозу и кислород в кровоток, поглощая воду и углекислый газ.

Как только детали симбиоза проработаны, водоросль может отказаться от значительной части своего клеточного механизма и посвятить себя фотосинтезу и размножению (я только что узнал из Википедии, что этот особый вид эндосимбиоза называется клептопластикой ) .

Мы знаем, что это возможно, потому что это происходило в прошлом (именно так хлоропласты попали в растения, как и митохондрии в человека), и это происходило даже в организмах более высокого порядка, таких как Elysia Chlorotica .

Это не полное «дыхание», потому что полностью освещенная поверхность, необходимая для поддержания человеческого метаболизма, составляет порядка десяти-двадцати квадратных метров, в то время как у человека всего от 1,5 до 2 квадратных метров. Мы можем представить себе, как значительно повысить эффективность водорослей и обеспечить человека «энергосберегающим» режимом работы, подобным летаргии или коме. В чрезвычайной ситуации человек может выжить почти бесконечно (при условии, что он также может перерабатывать свои собственные отходы) только на солнечном свете, вообще не дыша.

На самом деле человеку нужно было бы дышать только тогда, когда дополнительные метаболические потребности превышали бы возможности кожи, а наружный воздух содержал достаточно O2. В противном случае остановилось бы дыхание и пришлось бы замедлить обмен веществ (это уже происходит при так называемом капническом рефлексе), чтобы у кожи был шанс избавиться от метаболического СО2.

научно-фантастическая литература

В «Поездке нищих» представлена ​​модификация ДНК (не основанная на органеллах), которая позволяет людям полностью автотрофироваться — «полчаса на солнце» достаточно для дневного метаболизма (что невозможно: солнечный поток не превышает 1,5 кВт/ч). м на экваторе, так что полчаса на солнце дадут около 750 Втч энергии, то есть около 650 ккал, а для метаболизма человека требуется около 2000. В США средняя инсоляция 1,1 кВт/кв м, или 950 ккал в час. , вам потребуется чуть более двух часов непрерывного воздействия, и это при условии 100% эффективности; обычный фотосинтез составляет около 5%) .

В «Сердце кометы» люди были снабжены искусственными органеллами, называемыми цианутами, которые питаются метаном, соединениями цианидов и серной кислотой и удаляют их из кровотока своих хозяев, чтобы обеспечить им более безопасное выживание на комете Галлея.