Реальные альтернативы кислородному дыханию? [закрыто]

Предыстория
Я разрабатываю от 6 до 10 разумных инопланетных рас для короткого рассказа.

Основной сеттинг рассказа
Действие рассказа происходит в Млечном Пути где-то в ближайшие 1000 лет. Эти расы будут примерно на уровне технологии Star-Trek / Star Wars / Pandora's Star , то есть кругосветное плавание по-прежнему занимает «долгое время», но любой вид, о котором стоит говорить, обладает какой-то сверхсветовой способностью.

Все разумные инопланетные расы будут иметь свои оригинальные, естественно развившиеся биологические формы, потому что сильная генная инженерия / нанотехнологии / цифровое бессмертие будут невозможны (по гипотезе) в этой конкретной истории. Однако, помимо этого, я хотел бы описать эти инопланетные расы настолько реалистично, насколько это возможно, в коротком рассказе.

Мои опасения
Если бы мне пришлось подытожить свои опасения по поводу моего рассказа в одном предложении, я бы сказал следующее:
я хочу написать этот короткий рассказ как с научным реализмом, так и с практическим.

Я ожидаю, что история исследует от 6 до 10 конкретных инопланетных рас, хотя на заднем плане будут существовать сотни или тысячи других. Я слышал, что большая часть жизни, скорее всего, основана на углероде из-за уникальных химических свойств углерода по сравнению с другими элементами ( если это не так, скажите, пожалуйста! ). Таким образом, большинство или все расы в этой истории будут основаны на углероде. Тем не менее, кажется неправильным делать все расы и углеродосодержащими, и кислородно-дышащими.

Некоторые из них, вероятно, будут дышать кислородом, но я беспокоюсь, что если все основные 6-10 видов дышат кислородом, это будет слишком «одинаково» или разрушит приостановку недоверия читателя. Было бы странно, что все они дышат одинаково, несмотря на совершенно разные тела и разумы. И нет, в этой обстановке нет процесса «панспермии» в галактическом масштабе, поэтому у них не будет схожей биохимии из-за общего происхождения.

Не обязательно, чтобы все они были совершенно разными химически, но просто «чувствуется ответственность», если два или три из них (по крайней мере) основаны на чем-то совершенно чуждом биохимии Земли.

Исследование, которое я сделал до сих пор
Я уже провел небольшое исследование по этому вопросу. В частности, я прочитал статью Xenology о дыхании . Это в значительной степени убедило меня в том, что газодышащие существа, использующие окислительную химию, — это правильный путь. В частности, в статье упоминаются кислород, хлор и фтор как возможные газообразные окислители. Я также читал «В чем разница между окислением и восстановлением» и «Альтернативные элементы для транспорта кислорода в чужой крови» . Я знаю, что я мог бы прочитать еще много всего, но это кроличья нора, в которую я мог бы потратить месяцы, чтобы оказаться там же, где и начал.

Я пришел сюда, потому что я не уверен в своем понимании химии, или в моем понимании доступных вариантов биохимических моделей (кислород/не кислород), или в моей способности эффективно исследовать нужные вещи, чтобы узнать больше, не тратя впустую тонну времени и усилий. Я изучал химию и в школе, и в университете. Хотя я нашел это интересным и приятным, я забыл большую часть этого, так как не использую его изо дня в день. Я сохранил достаточно, чтобы знать, что 1) химия действительно сложна, но очень хорошо понятна многими людьми и 2) очень легко выглядеть идиотом, обсуждая химию, если вы действительно не знаете, о чем говорите. Поэтому меня беспокоит использование газа, с которым я не особо знаком. Меня беспокоят такие вопросы, как: если существо дышит хлором, что они могут выдохнуть? Как должна быть устроена каюта их корабля, чтобы не повредиться от постоянного воздействия как хлора, так и отходов дыхания?

Вопросы,
которые я знаю, я задавал некоторые встроенные вопросы выше. Их можно воспринимать либо как вопросы вкуса, либо игнорировать. Я думаю, что это вопросы, ответы на которые окажут наибольшее влияние на мою историю:

  1. Обоснован ли мой вывод? То есть прав ли я, что химия газообразного окислительного дыхания является наиболее вероятным источником энергии для сложной жизни?
    Если нет, то что еще я должен рассмотреть?
  2. В посте ксенологии упоминаются кислород, хлор, фтор. Существуют ли другие газообразные окислители, которые могут присутствовать в естественных биологических процессах? другие, которые имели бы смысл?
  3. Если я действительно выберу газообразный окислитель, не содержащий кислорода, какие побочные эффекты я должен учитывать?
    Например:
    какое влияние это окажет на строительные материалы/биологию рас?
    если раса дышит хлором, как мы дышим кислородом, могут ли на их родной планете быть растения?
    Какие материалы они использовали для строительства своих жилищ?
    Возможна ли вообще химическая реакция, подобная фотосинтезу, в результате которой образуется хлор или фтор?

Заключительные замечания
Не все эти детали на самом деле попадут в историю, но я хотел бы, по крайней мере, обдумать их, прежде чем я остановлюсь на деталях, которые нужно включить. Я не хочу говорить что-то необдуманное вроде «Они дышат хлором», если я не знаю, что они выдыхают, или откуда берется хлор в атмосфере, или как экосистема может оставаться сбалансированной.

Информация, которую я считаю наиболее полезной.
Мне не нужны ответы на уровне диаграмм химических реакций (хотя, если вы хотите их предоставить, это было бы потрясающе!). Меня больше интересует знание потенциальных «неизвестных неизвестных» об основных химических реакциях с участием окислителей. Вот список вещей, которые я только что составил в качестве примеров возможных неизвестных неизвестных , о которых я хотел бы знать; это те вещи, которые я хотел бы услышать, но не обязательно знал бы, чтобы спросить:

  • «Позвоночные, которые дышат фтором, нуждались бы в [x] вместо кальция в своих костях, потому что фтор растворял бы кальций»
  • «позвоночные, которые вдыхают хлор, скорее всего, выдыхают [соединение Y] из-за {молекулярных энергий связывания (или чего-то)}, а растениям, которые метаболизируют [соединение Y], также потребуется [соединение Z], чтобы снова вырабатывать хлор».
  • «сложная жизнь, которая дышит с использованием хлора, не будет дышать чистым хлором. Вместо этого ей нужно будет дышать [соединением хлора], потому что элементарный или молекулярный хлор [не будет работать / не будет присутствовать в атмосфере]»
  • Планета с высоким содержанием фтора в атмосфере будет постоянно гореть из-за реактивности фтора [если не будет выполнено такое-то условие].
  • и т. д.

Не стесняйтесь отвечать на любой подмножество моих вопросов, если это проще, чем ответить на все из них. Я знаю, что прошу многого, но я действительно не хочу делать глупые оплошности в описании биологии пришельцев. Это начинается как короткий рассказ, но он может превратиться в серию, если будет интерес, и я не хочу пересматривать базовую химическую ошибку. Если мир с фтористой атмосферой будет постоянно гореть, то я лучше узнаю об этом, прежде чем писать об этом. Спасибо!

Привет, CuriousMind, добро пожаловать в Worldbuilding SE. Вы, вероятно, захотите разбить это на несколько вопросов. Цепочки вопросов здесь не являются чем-то необычным, и они помогают внести ясность. Если вам нужна помощь в преобразовании этого в формат, подходящий для этого форума, пожалуйста, не стесняйтесь воспользоваться песочницей.
Добро пожаловать на Worldbuilding.SE! Мы рады, что вы смогли присоединиться к нам! Если у вас есть время, нажмите здесь , чтобы узнать больше о нашей культуре и посетить наш тур . В рамках вашего исследования, пожалуйста, прочитайте десятки страниц справочного центра , чтобы лучше понять природу Stack Exchange и Worldbuilding.SE. На данный момент наиболее важной проблемой является модель SE с одним конкретным вопросом и одним лучшим ответом ( SE не является дискуссионным форумом ).
Пожалуйста, задавайте не более одного вопроса в сообщении.
Ну, так ты хочешь «потратить» наше время и силы вместо того, чтобы израсходовать свои?? В любом случае, в более дружеском ключе, я рекомендую вам прочитать вводную главу в большом томе «Клетка» Cooper&Hausmann (возможно, вы сможете прочитать ее в местной библиотеке). В нем есть раздел о раннем/анаэробном клеточном дыхании, как это происходило на Земле. Это может вдохновить вас на дальнейшие выборы в вашей истории.
Это прекрасные вопросы, КМ. Пожалуйста, разбейте их на несколько вопросов. Иногда хорошо спрашивать по одному. А пока вы можете найти вдохновение для альтернативных метаболических путей здесь: en.wikipedia.org/wiki/Microbial_metabolism .
То, что все ваши основные (сюжетные компоненты) виды дышат кислородом, на самом деле имеет смысл для меня, потому что у любого, кто дышит чем-то другим, не будет много правдоподобной причины взаимодействовать с теми, кто это делает, возможно, проще написать, если среди вас есть не кислородные дышащие. ваши фоновые элементы.
Просто будьте осторожны, пытаясь сделать своих инопланетян с научной точки зрения точными. Различные языки, биология и типы телосложения сделают для вас чрезвычайно трудным объяснение взаимодействий и действий. Ваши экипажи также не будут смешанными из-за различных биологических требований, и это только для короткого рассказа.
@AtmosphericPrisonEscape Прошу прощения, если мне показалось, что я пытаюсь попросить других людей сделать мою домашнюю работу за меня. Это не было моим намерением. Мое намерение состояло в том, чтобы обратиться за помощью к людям, более осведомленным, чем я, которые потенциально могли бы сказать мне за ~ 5 минут что-то важное, что в противном случае могло бы занять у меня ~ 6 часов исследований (или больше), чтобы обнаружить / понять самостоятельно. Тем не менее, я ценю вашу откровенность. Основываясь на других ответах, я, вероятно, повторно отправлю этот вопрос в виде серии более мелких и конкретных вопросов. Спасибо за рекомендацию книги.

Ответы (1)

Я собираюсь подойти к этому скорее как к учебнику по ксенобиологии, чтобы вы могли освоить основы, а затем выяснить, насколько «научным» вы хотите сделать свою историю. Есть несколько аспектов органической химии, которые помогут вам в установлении видов. Я буду обсуждать их в порядке возрастания экзотики...

Хиральность
В химии любые асимметричные молекулы считаются хиральными . ДНК асимметрична и поэтому имеет хиральность, зеркальное отображение которой с ней несовместимо. Когда вы думаете об органических соединениях, у существ с обратной хиральностью возникнут проблемы с потреблением пищи или других соединений с обратной хиральностью (это обсуждается в серии Mass Effect, где у турианцев, кварианцев и (я думаю) кроганов хиральность противоположна нам). , и поэтому нуждаются в разной пище.

Виды, дышащие кислородом на основе углерода, но отличающиеся хиральностью, могут хорошо взаимодействовать с такими видами, как мы, и могут более или менее жить на тех же планетах, что и мы, но они не могут потреблять ту же пищу, что и мы, и, вероятно, будут невосприимчивы ко многим наших болезней (либо это, либо наши бактерии могут сделать их ОЧЕНЬ больными). В общем, они собираются увидеть другие углеродные планеты, на которых уже есть жизнь с их собственной хиральностью, если это возможно.

Валентность
Почему нас называют жизнью, основанной на углероде? Это потому, что углерод делает возможными органические соединения благодаря атрибуту, называемому валентностью , или количеству других элементов, с которыми он может соединиться при создании молекулы. Углерод имеет высокую валентность 4, что делает возможными все соединения CHNO (углерод, водород, азот, кислород), которые мы обычно называем органическими соединениями.

Некоторые другие элементы также имеют высокую валентность. Хром и силикон в определенных обстоятельствах могут иметь валентность до 6, что делает их претендентами на жизнь на основе экзотических элементов из-за гибкости в компаундировании, которую обеспечивает этот элемент.

Однако такие формы жизни будут иметь очень мало общего с нами, и то, что они называют органическим соединением, и то, что мы называем органическим соединением, будут очень разными. У такой жизни будет очень мало причин взаимодействовать с нами, потому что они не могут использовать наши природные ресурсы, а мы не можем использовать их.

Окисление
Вы правы, когда говорите о хлоре и фторе как о потенциальных органических окислителях, но, как вы, возможно, уже поняли из прочитанного, эти окислители не очень хорошо работают вместе в песочнице. Хлор и фтор очень токсичны для нас в любых количествах, а некоторые соединения, содержащие эти элементы, особенно в сочетании с кислородом, очень опасны как горючие вещества и токсины.

Таким образом, дышащие фтором, вероятно, сочтут нашу богатую кислородом среду высокотоксичной, и наоборот. Они просто не будут приближаться к планетам, которые мы находим удобными, и мы не будем приближаться к их. Между такими видами не может быть конфликта из-за стратегически расположенных планет, потому что стратегическое размещение связано с соединением ценных мест, и мы не сочли бы такую ​​токсичность ценной.

Вероятность возникновения
Есть очень веская причина, по которой мы дышим кислородом на основе углерода; вообще говоря (и это не совсем точно), чем меньше атомный номер элемента, тем больше его во Вселенной. Это означает, что планеты, на которых нет кислорода , но есть фтор, будут очень экзотическими и очень редкими. То же самое с хромом над углеродом при обсуждении валентности. Это означает, что существует очень большая вероятность того, что если мы когда-нибудь столкнемся с внеземной жизнью, она будет основана на углероде и будет дышать кислородом. Хотя более экзотическая жизнь возможна , она гораздо менее вероятна , чем даже наше существование.

Хотя ваша экзотическая жизнь вполне может существовать в вашей галактике, она будет исключением, и их органические потребности в плане расширения будут настолько отличаться от наших, что гораздо более вероятно, что оба вида оставят друг друга в полном одиночестве. Единственным возможным предметом торговли, которым они могли бы поделиться, была бы информация; в нашем пространстве есть планета, которая нам не нужна, которая могла бы подойти вам, есть ли у вас планеты, богатые кислородом, в ваших областях? Что-то в этом роде. Кроме этого, не было бы необходимости в общении, кроме академического любопытства.

Заключение
Суть в том, что чем более экзотической вы делаете жизнь по сравнению с нашей, тем менее вероятно, что она вообще существует, а если и существует, то еще менее вероятно, что она дожила до разума. Даже если это произойдет, у него будет меньше возможностей и причин для взаимодействия с нами, чем более экзотичным он станет из-за того, что будет меньше ресурсов, которые мы могли бы потреблять, которые были бы общими между нами.

С этой целью я бы сосредоточился на видах с разной хиральностью и проблемах совместной работы, несмотря на эту разницу. У других видов просто не будет причин взаимодействовать, и они даже не будут реагировать на сигналы бедствия друг друга в космосе, потому что серьезно, что кучка дышащих фтором собирается сделать для дышащих кислородом в космосе? Не было бы возможности помочь, даже если бы они захотели.

С другой стороны, виды с обратной хиральностью, которые дышат кислородом на основе углерода, имеют гораздо больше шансов работать вместе с нами для достижения общей цели (например, спасения людей в космосе), не конкурируя с нами за ВСЕ те же ресурсы, такие как еда.

Хороший пост. Я просто должен возразить в той части, где вы говорите, что вероятность существования планеты, на которой не существует кислорода, а есть фтор, будет очень редкой. Хотя вы можете быть правы в этом, планеты с обоими, вероятно, гораздо более распространены. Токсичность на самом деле не представляет проблемы по той же причине, по которой фтор на нашей планете не представляет для нас проблемы; он инертен и уже отреагировал. Точно так же, как фотосинтез на Земле обновляет кислород на нашей планете, но не фтор, так и инопланетный фотосинтез будет пополнять запас фтора, не касаясь кислорода.
@ Рафаэль, это хорошие замечания, которые вы делаете - я посмотрю на внесение правок, чтобы ссылаться на непрореагировавшие окислители. Тем не менее, с точки зрения практичности тех, кто дышит фтором, живущих и работающих в таком месте, как Земля, они сочтут его неудобным.
@TimBII Спасибо! Это именно тот обзор высокого уровня, который я надеялся — но на самом деле не ожидал — получить. Я ценю время, которое вы потратили на такие подробности. Все, что вы сказали о валентности+вероятности возникновения, это именно то, что мне было нужно. Хотя я не уверен, что согласен с вашим выводом о том, что дышащие кислородом и фтором просто игнорируют друг друга, тем не менее, вы дали мне кое-что новое для размышления, так что это по-прежнему ценно для меня. Еще раз спасибо, что нашли время, чтобы так эффективно ответить на мой неуклюже сформулированный вопрос!