Возможна ли пищевая цепь без растений?

Если фитопланктон считается «не растениями», и вам нужна неокеаническая среда, то ответ довольно прост: просто возьмите фитопланктон из океана.

У вас может быть планетарная экосистема, основанная на фотосинтезирующих отбросах, покрывающих землю, или на водорослях, которые очень похожи на растения, но технически ими не являются.

У вас также может быть экосистема, основанная на хемосинтезе. Наиболее известными их примерами на Земле являются также океанические, основанные на вулканических жерлах на морском дне, где основу пищевой цепи формируют хемосинтетические бактерии, живущие как симбиоты внутри сидячих животных. Но существуют неокеанические, невулканические хемосинтетические экосистемы, которые также существуют, например, в пещерных системах.

В мирах с подходящей атмосферой еда может падать с неба, а не производиться на земле. В толстой и плотной атмосфере эквивалент фитопланктона может парить в воздухе, образуя фотосинтетические облака. Или фотохимические реакции в верхних слоях атмосферы могут производить богатые энергией органические молекулы, которые падают на поверхность, как толины на спутнике Сатурна Титане, которые затем могут быть поглощены хемосинтезирующими организмами.

Два варианта, я думаю. Первым будет сера , как подробно описано в этой ссылке об альтернативах фотосинтеза и, действительно, там объяснено намного лучше, чем я могу сделать.

Но я бы предпочел поговорить о животных, использующих солнечный свет. И я не говорю о морских слизнях или саламандрах (которые едят растения и крадут их гены). Я говорю о восточном шершне . Эти сумасшедшие штуки улавливают свет и генерируют с его помощью электричество. Что они делают с этим электричеством? Ученые не совсем уверены в этом. Они по-прежнему в основном получают энергию из пищи.

Но это открывает некоторые интригующие возможности. Растения используют хлорофилл для фотосинтеза — процесса, в ходе которого CO2 и H2O преобразуются в сахара O2 и H2O. Насколько ученые могут сказать на этом раннем этапе исследований, эти осы пропускают свет через специально структурированные ткани и пигмент под названием ксантоптерин для выработки электричества. Хлорофилл, по сути, делает то же самое (один фотон входит, один электрон уходит). Это означает, что, возможно, ксантоптерин может занять место хлорофилла в фотосинтезе (который я теперь буду называть х-фотосинтезом).

Представьте себе мир, населенный в основном животными. Грибок? Конечно. Но в основном животные. Большинство этих животных покрыты ярко-желтыми полосами, содержащими ксантоптерин.

Животным, в наибольшей степени вовлеченным в ксантоптерин, для выживания нужны только вода, витамины и минералы, как и земным растениям. Они синтезируют все свои собственные сахара посредством х-фотосинтеза. На самом деле они очень мало дышат; им нужно некоторое количество СО2 для начальной стадии фотосинтеза (как и земным растениям), но, чтобы потреблять эти сахара, им в основном приходится выполнять тот же процесс в обратном порядке (рекомбинация О2 и С и повторное производство СО2). Это означает, что они могут повторно использовать ту же партию CO2/C + O2. Это то, что уже делают земные растения, просто они используют намного меньше O2, чем производят. Но наши x-фотосинтезирующие животные будут использовать намного больше O2, чем земные растения, поэтому он будет более точно сбалансирован.

Эти животные, которые полностью принимают ксантоптерин, станут очень похожими на растения, поскольку у них схожие потребности: большая площадь поверхности для сбора солнечного света (листья), поглощение витаминов/минералов из грязи, много-много воды. Большинство, вероятно, сохранят свою подвижность, но некоторые могут пустить постоянные мясистые корни.

Однако у некоторых животных было бы гораздо меньше инвестиций в ксантоптерин. Эти животные будут охотиться на животных с более сильным x-фотосинтезом из-за их энергии. Забавная вещь в нашем мире: отсутствие растений означает , что очень мало травоядных , только те, которые полагаются на грибы. Это означает, что все, что не потребляет исключительно солнечный свет, воду и грязь, является хищником.

Гидротермальные жерла - реальная версия этого

Они поддерживают хемосинтетическую пищевую сеть без растений, как показано ниже:

Только бактерии и животные.

Подробнее здесь

Итак, как и в другом ответе, вам просто нужно прикрепить хемосинтезирующие бактерии на землю, это ваш нижний блок.

Изменить. Как отмечает Крис Х. в своем комментарии, микробное выветривание можно рассматривать как пример этого.

Да. Интересно, что мне пришлось столкнуться с подобной проблемой пару недель назад, когда я пытался разработать правдоподобное снабжение продовольствием для города в полярной пустыне.

Вам понадобится что-то еще, чтобы выполнять ту же работу, что и растения, — то есть брать свободную энергию из мира и преобразовывать ее в химическую энергию для всего остального. Вы могли бы придумать аналог растений для выполнения такой работы — грибы популярны, хотя технически они используют химическую энергию, уже хранящуюся в другом месте — если у вас есть какой-то источник энергии.

1. Гуано . На Земле есть пещерные системы с экосистемами, полностью основанными на помете летучих мышей. Летучие мыши покидают пещеру каждую ночь, лакомятся насекомыми, затем возвращаются в пещеры и, ах... справляюсь на пол пещеры. Технически это все еще в конечном счете зависит от фотосинтеза, но если вы ищете средства для поддержания пещерной экосистемы, это хороший вариант.

2. Бактерии . На Земле существует ряд экосистем, которые зависят от хемосинтетических бактерий. Классический пример — это, конечно, черные курильщики в глубинах земного океана, где бактерии, питающиеся химическими веществами, выделяемыми из горячих источников, составляют основу пищевой цепи. Есть и другие места, где существуют подобные пищевые цепи в пещерах и т.д.

3. Углеводороды . Это причудливое название для химических веществ, состоящих из углерода и водорода, и они очень хорошо накапливают энергию. На самом деле, вы, скорее всего, используете эту энергию прямо сейчас — уголь и нефть — это углеводороды. Углеводороды легко образуются в природе, и вполне вероятно, что на их основе можно построить пищевую цепь.

В конечном счете, пока есть способ преобразовать свободную энергию в химическую, у вас может быть жизнь.

Предположим, что планета, похожая на Ио, но крупнее, вращается вокруг «Юпитера», который вращается в обитаемой зоне.

Поскольку планета больше, у нее большее отношение объема к поверхности. Таким образом, приливное тепловыделение пропорционально больше, чем излучение черного тела в космос.

Теперь планета также имеет тяжелую атмосферу CO2 с большим парниковым эффектом. В атмосфере также много сероводорода, выбрасываемого в результате вулканической деятельности. Атмосфера высокого давления и плотная, как у Венеры.

Ио производит плазменный тор , который содержит много свободных ионов серы и кислорода из его атмосферы, убегающих в космос, а затем ионизируемых массивным излучением Юпитера. Наша планета делает то же самое, и ее большая гравитация притягивает многие ионы в верхние слои атмосферы.

При более низких температурах все еще плотных верхних слоев атмосферы полифениленовые цепи соединяются вместе серными связями в воспроизводимом процессе. В этих цепочках развиваются «клетки», состоящие из длинных нитей толщиной чуть больше молекулы, которые собирают свободно плавающие ионы серы и кислорода, объединяя их в диоксид серы и используя свободную энергию Гиббса для создания или разрыва связей серы. Длинные тонкие нити ПФС плавают в тяжелой атмосфере, поднимаясь и опускаясь вместе с термиками вулканической поверхности планеты.

В конце концов некоторые нити учатся новому трюку: они могут использовать энергию выделения диоксида серы для диссоциации сероводорода. Затем они хранят водород и улавливают его в «камере», сделанной из нитей ПФС, что обеспечивает мощную плавучесть в плотной атмосфере. Теперь жизнь способна расширяться до многоклеточных форм и диверсифицироваться.

Можно представить себе мир, в котором есть птицеподобные хищники с большими крыльями, покрытыми коллекторами солнечной энергии, гораздо более эффективными, чем у растений (по эффективности ближе к солнечным батареям; 10-20%). Эти существа потребляют много энергии, но нуждаются в питательных веществах. Таким образом, они производят «плоды», высокоэнергетический помет, которым питается их добыча. Их добыча? Мышеподобные животные, которые потребляют фрукты, но, поскольку в них нет питательных веществ, также должны «есть» грязь, чтобы получать элементы, необходимые для жизни, кроме углерода, водорода и кислорода. Птицы в основном вдыхали бы углекислый газ и в основном выдыхали бы o2, преобразовывая солнечный свет и углерод в сахара для фруктов. Мыши были бы «животными», вдыхающими кислород и выделяющими углекислый газ.

Интересный мысленный эксперимент.

Во-первых, я бы посчитал существование жизни достаточным доказательством самоподдерживающейся жизни (иначе все умерло бы, что делает этот вопрос спорным), поэтому я собираюсь ответить, что такое пищевая цепь.

Пищевая цепь — это, по сути, группа животных, связанных тем, кто кого ест, с первичными производителями внизу (растения). Первичный производитель берет энергию из мира и хранит ее в виде энергии (в виде химических веществ). Первичные потребители (травоядные) съедают первичных продуцентов, делая первичную энергию своей, а затем вторичные потребители (хищники) съедают первичных потребителей за ИХ энергию. (с примерно 20%-й эффективностью конверсии. зависит от животного к животному. Но скорость потери энергии будет определять, сколько животных на следующем уровне. Таким образом, скромная идеальная линия с 20%-й эффективностью, у вас будет 100 растений, 20 травоядных, и 4 хищника)

Так что, по сути, жизнь не может выжить без первичного производителя (на Земле у нас есть растения, которые преобразуют солнечный свет, а глубоко в море — бактерии, которые преобразуют химические вещества из глубоких морских жерл). Однако первичный производитель не обязательно должен быть очевиден. Если у вас может быть животное, которое может эффективно собирать то, что его внутренние бактерии могут преобразовать с помощью хемосинтеза , тогда вам не нужны растения! (технически именно так это работает в глубоком море, но преобразование энергии настолько низкое, что животные-хозяева вполне могут быть растениями). Единственный способ обойти растительноподобные вещи, вероятно, состоит в том, чтобы выпивать много питательной воды (рыбы, которые буквально вдыхают свои еда... нужно либо продолжать двигаться, либо дрейфовать, как альдж)

Это слово plantотносится к любому члену царства Plantae, которые представляют собой сидячие фотосинтезирующие дендритные репликаторы с планеты Земля. Нет оснований предполагать, что репликаторы с других планет будут разделены на те же категории или даже что в научном сообществе будут использоваться одни и те же имена, если они есть. Таким образом, если вы найдете репликаторы где-то еще, то ответ — да, но тривиально.

Кроме того, в законах физики нет ничего, что требовало бы, чтобы основой экосистемы были сидячие фотосинтезирующие дендриформные репликаторы. Единственное, что мы можем сказать с уверенностью, это то, что основой экосистемы будут репликаторы, зависящие от самого крупного источника доступной энергии. На Земле это фотосинтез. Учитывая то, как формируются звезды и планеты, кажется вероятным, что окружающий свет от звезды будет таким источником на большинстве планет, но это не исключает ничего другого. Просто имейте в виду, что вероятность жизни будет пропорциональна общему количеству доступной энергии, поэтому каким бы ни был ваш альтернативный источник, он должен быть высокодоступным.

Интересным вариантом был бы медленно энтрофирующийся мир, в котором все растительноподобные организмы, хранящие энергию, вымерли, а оставшаяся пищевая цепь медленно отмирает.

В такой среде все оставшиеся животные являются плотоядными или падальщиками, которые постоянно поедают друг друга. Могут быть грибы и другие редуценты, которые питаются небольшими остатками животного, но абсолютно не могут существовать организмы, способные к фотосинтезу или другим способам хранения/генерации энергии.

Это означает, что хотя животные могут выжить, охотясь друг на друга, но вся экосистема будет медленно уменьшаться и разрушаться из-за отсутствия поступающей энергии. Что-то вроде сценария конца света/апокалипсиса.

РЕДАКТИРОВАТЬ: перечитывая вопрос, я вижу, что я несколько не по теме. Поскольку никогда не существовало растительноподобных видов, мы можем представить это с планетой, которая имела огромные, но ограниченные запасы потребляемых питательных веществ, которые кормили животных, и не было реальной потребности в растительноподобных видах, пока она существовала.

Вам не обязательно иметь «любой организм, который человек с Земли сочтет растением», и вам не нужно иметь ничего, что черпает энергию из солнечного света, но вам абсолютно необходимо иметь автотрофные виды в самом общем смысле: получение энергии из какого -либо источника, кроме поедания других живых существ.

Если ваша экология целиком состоит из существ, которые получают свою энергию от поедания других существ, то это вечный двигатель, что невозможно.

Предположим, что существует мир [без] организма, который можно было бы считать растением согласно нашему современному определению.

В приведенном вами определении говорится:

многоклеточные организмы, которые обычно производят себе пищу из неорганического вещества в процессе фотосинтеза и имеют более или менее жесткие клеточные стенки, содержащие целлюлозу

Давайте посмотрим, что мы получим, если опустим каждую отдельную часть определения:

• «многоклеточные» + «жесткие клеточные стенки»: это кажется довольно простым. Если вы возьмете растение и сохраните все, кроме клеточной структуры, вы получите массивную вещь типа «капли» (обратите внимание, внешняя оболочка / корпус по-прежнему разрешены, но без внутренних границ). Эта капля будет заполнена каким-то более или менее однородным супом из биохимических веществ, точно так же, как внутренняя часть клетки, какой мы ее знаем; просто большой, а не крошечный.
• «из неорганического вещества»: это нельзя упускать. На каком-то этапе вам нужно что-то в вашей пищевой цепочке, которое начинается с неорганического топлива, иначе у вас возникнет серьезная проблема «курица или яйцо».
• "фотосинтез": Опять же, легко. Фотосинтез — это просто удобный способ преобразования неограниченной внешней энергии в химическую энергию. Мы знаем о других. Например, те экосистемы в глубинах океанов, которые живут за счет горячих подводных гейзеров. Вы, безусловно, можете стать творческим здесь. Вещи, которые живут очень близко к лаве (либо на поверхности, либо в туннелях очень далеко вниз).

Идея для экосистемы, основанной на тепле:

• Ваши не-растения туннелируют вниз, пока не становится так жарко, что они почти, почти сгорают; они по-прежнему способны преобразовывать всю эту тепловую энергию в химическую энергию, чтобы делать то, что делают растения-эквиваленты (расти, производить семена и т. д.). Они растут вверх (прокладывая туннели и заполняя там почву), пока не станет слишком холодно, чтобы они могли расти дальше.
• Следующим шагом являются травоядные, которые также туннелируют вниз, пока не живут прямо над территорией, не принадлежащей растениям. Они питаются слишком холодными кусочками растений. Они не могут убить не-растения, поскольку не могут спуститься так низко, как они, прежде чем им будет нанесен вред от жары.
• И так далее. Все больше животных живет поверх нижних слоев, и с этого момента все в основном работает как у нас.
• В конце концов, первое земное животное поднялось в воздух, и с этого момента началось развитие животного мира, каким мы его знаем. Конечно, все по-прежнему получает пищу из туннелей, которые уходят все дальше вниз, но поскольку путь туда далеко, все в основном плотоядные, и только на самых нижних уровнях вы найдете каких-либо травоядных.

Вы можете использовать грибы в качестве основы для своей экосистемы, как в микроскопическом масштабе (по аналогии с бактериями), так и в макроскопическом. Эти грибы могут использовать неорганические ресурсы (например, серу, CO2, кремний и т. д.), используя тепло в качестве альтернативы солнечному свету или даже в сочетании (для тепла, а не для фотосинтеза). Это похоже на некоторые более сложные океанические экосистемы, где организмы метаболизируют неорганические соединения, истощаемые вулканическим дымом.

Почему предполагается, что биология должна быть земной? Но если придерживаться этого предположения, разве у нас нет животных, которые питаются только другими живыми животными? И разве у нас нет животных, которые питаются только другими мертвыми животными?