Великое событие дезоксигенации

Предположим, что планета земного типа похожа на Землю или суперземлю и находится в состоянии, сравнимом с докембрийской или архейской Землей. Атмосфера в основном состоит из азота и двуокиси углерода, возможно, немного метана, но очень мало свободного кислорода или совсем его нет. CHON(PS) жизнь развивалась и боролась, но скоро это изменится: что-то эволюционировало, чтобы использовать весь этот CO. 2 . С изюминкой.

Какой биологический процесс(ы) объяснил бы, почему эти выскочки поглощают атмосферный CO? 2 и удерживать кислород, а не выпускать его в атмосферу? Чтобы внести ясность, я предлагаю инвертировать Великое событие насыщения кислородом , с чистой потерей кислорода, поскольку он каким-то образом включается в организмы, а затем, в течение геологического времени, изолируется , как углерод на Земле.

  • Предположительно должно быть какое-то эволюционное преимущество в том, чтобы удерживать кислород, а не откачивать его как отходы, но я не уверен, что это будет.

  • Решение не обязательно должно быть альтернативой известному нам фотосинтезу, оно просто не может привести к потере кислорода . Дело может быть сделано для угарного газа или других окисленных отходов, когда организм сохраняет одну молекулу кислорода в результате реакции, пока эффект является кумулятивным.

  • Я не уточнил, что на этой планете есть водные океаны — если поможет такая альтернатива, как аммиак, то предположим, что это правда, даже если это маловероятно.

  • Точно так же, если корректировка коры, атмосферы (кроме упомянутого состава), температуры или родительской звезды каким-то образом помогает, примите это.

  • Если это приведет к ситуации с Медеей , превратив планету враждебную по отношению к организмам, потребляющим углекислый газ, что приведет к их вымиранию, так тому и быть — до тех пор, пока весь этот кислород оказывается запертым.

Это мой первый научный вопрос, поэтому, если я противоречу себе или упустил из виду что-то, что делает невозможным ответ, укажите на это. Этот вопрос кажется связанным, но не является дубликатом.

Кислород не трудно избавиться, совсем наоборот. Если кислород не вырабатывается активно, он будет реагировать с большинством металлов и сам по себе истощается. Это одна из причин, по которой мы надеемся искать свободный кислород на экзопланетах как признак жизни. Я знаю, что это не отвечает на ваш вопрос, но именно поэтому это комментарий.
Я знаю о естественных поглотителях кислорода, таких как железо и метан, но я ищу сценарий, в котором свободный кислород мог бы производиться органически, но вместо этого был бы заперт.
Кислород, произведенный биологическим путем, был постоянно заперт в течение сотен миллионов лет (проверьте хронологию Великого события оксигенации). Наконец, комбинированные эффекты фотосинтеза, захоронения углерода и истощения естественных поглотителей кислорода (таких как железо) привели к оксигенации. Вам нужно немного изменить свою планету, чтобы отложить насыщение кислородом еще на миллиард лет или даже на неопределенный срок.

Ответы (2)

Очевидно, что на вашей планете есть железо для сжигания!

Лучший аналог того, что может произойти, — это то, что уже произошло. Сама ранняя Земля была покрыта железом-Fe(II), если быть точным. Это вызвало огромную задержку в повышении уровня кислорода. В течение примерно миллиарда лет после эволюции фотосинтеза уровень кислорода оставался низким, потому что образующийся свободный кислород по существу вызывал ржавление земной коры. Это источник красивых полосатых железных образований докембрийской эры.

Однако это была пустая трата энергии . Реакция кислорода и железа на самом деле производит энергию, и некоторые бактерии разработали способ извлечь из этого выгоду. Познакомьтесь с Acidithiobacillus ferrooxidans . Это бактерия, обитающая на Земле в кислой среде, которая выживает за счет окисления железа для получения энергии, и ее можно найти в железных рудниках и в выхлопной трубе вашего автомобиля. Это облигатный хемоавтотроф , и поэтому он получает всю свою энергию от этой реакции, производя НАДН из электронного градиента. Из статьи Сильвермана и Лундгрена в 1958 году :

[...] энергия, полученная в результате окисления двухвалентного железа, может служить единственной поддержкой для роста CO 2 - ассимилирующие микроорганизмы

Звучит знакомо? Я думаю, это очень похоже на то, что вы ищете, чтобы испортить свою Землю. На этом рисунке показана вовлеченная химия - обратите внимание, что O 2 поглощается вместе с двухвалентным железом для производства энергии (АТФ и НАДН) и воды:

Химия бактерий ржавчины

Некоторые предостережения

Эта химия работает только в очень кислых условиях. К счастью, ранние океаны уже были довольно кислыми, а их атмосфера состояла в основном из углекислого газа. 2 это опустится еще ниже. Кроме того, эти бактерии способны создавать свои собственные карманы с кислым pH — в одном эксперименте в культуре они снизились до 0,5 единиц. Это ужасно.

Кроме того, я не уверен, насколько хорошо это на самом деле изолирует кислород. Если предположить глубоководный экспорт, оксид железа может храниться в течение миллиардов лет, но с относительно низкой скоростью.

Другие опции

Если вам не нравятся Acidithiobacillus ferrooxidans , есть два других, на которые стоит обратить внимание. Mariprofundus ferrooxydans — распространенный микроб в глубоководных жерлах, но он действует при нейтральном pH и довольно легко удваивается. Это так странно, что в настоящее время они принадлежат к своему собственному классу ( зетапротеобактерии ) внутри типа протеобактерий. Другой вариант — это, по сути, волшебная Rhodopseudomonas palustris , которая одновременно фототрофна и окисляет Fe(II). Он также функционирует при почти нейтральном pH и является достойным кандидатом на раннюю форму жизни в архейских океанах. Есть и другие , которые делают то же самое, но R. palustris — мой личный фаворит.

Моя химия не так хороша, как моя биология, но если окисленное железо нагреть в присутствии угарного газа, оно превратится в металлическое железо. en.wikipedia.org/wiki/Direct_reduced_iron Можем ли мы создать экологический цикл, в котором образуется монооксид углерода, а затем оксид железа снова восстанавливается до металлического железа?

Самый простой ответ на этот вопрос заключается в том, что растения, которые проводят фотосинтез для производства O2 и углеводов для собственного использования, производят только достаточное количество для своих собственных метаболических процессов .

Растения используют соединения O2 и CHO так же, как и животные, для экзотермических реакций, высвобождающих энергию, которую они могут использовать. Фотосинтез — это эндотермическая реакция, предназначенная для использования энергии (в случае растений — солнечного света) для обращения этой реакции вспять на том основании, что для них нет доступных соединений O2 и CHO. На Земле растения просто продолжают выпускать этот дополнительный O2 в качестве «отработанного» газа, потому что хранение его для будущего использования вызывает коррозию и бесполезно, учитывая, что растение может производить больше, чем необходимо в любой момент времени.

Если бы Земля находилась дальше от Солнца, скажем, на краю обитаемой зоны, И в растения была бы встроена система регуляции метаболизма, так что, когда у них было бы достаточно соединений O2 и CHO, они могли бы приостановить свои процессы фотосинтеза (возможно, сохраняя небольшие количества O2 в ночное время и т.п.), то большого события насыщения кислородом по существу не произошло бы.

В воздухе может быть некоторое количество свободного O2 (выделяемого, возможно, умирающим растением, когда его краткосрочное хранилище подвергается воздействию атмосферы), но, вообще говоря, растения производят только то, что им нужно.

Это, в свою очередь, конечно же, означало бы, что ваша планета может поддерживать только растительную жизнь; нет животных.

Великое событие дезоксигенации
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v