Возможна ли жизнь, питающаяся тепловой энергией?

Это можно было бы сделать, но это было бы сложно. Хитрость в том, что вы не можете получить полезную энергию непосредственно из тепловой энергии. Единственный способ получить полезную энергию из тепловой энергии — это найти две области с разными температурами и передать энергию от горячей к холодной. Это то, что делают моторы.

Одноклеточному организму, такому как бактерия, было бы трудно производить энергию. Большой колонии сделать это было бы намного проще. Я мог видеть, как колония пользуется тем фактом, что определенные обратимые реакции смещены при разных температурах. Колония может найти соединение, которое она может создать при высоких температурах, а затем исчезнуть при низких температурах, где предпочтительна обратная реакция. Это будет генерировать полезную энергию путем передачи тепла от горячего к холодному.

Одна бактерия могла бы сделать это, если бы существовал надежный тепловой цикл. Например, если произошел значительный сдвиг температуры от дневного к ночному времени, он мог бы удерживать эти метаболиты достаточно долго, чтобы преобразовывать их в одну сторону в течение дня (вырабатывая энергию), а затем превращать их в другую сторону ночью. (также вырабатывает энергию).

В определенном смысле это уже так, поскольку два упомянутых вами процесса косвенно зависят от тепловой энергии:

• фотосинтез использует фотоны, испускаемые солнцем через излучение черного тела
• хемиосинтез использует активные химические вещества, образующиеся благодаря высоким температурам в вулканических районах и т.п.

Использование тепловой энергии напрямую, а не через химический промежуточный продукт, несколько затруднительно, поскольку живые клетки, какими мы их знаем, обычно оптимизированы для работы в узких диапазонах температур, в которых достижимая прямая тепловая энергия невелика (чтобы напрямую использовать тепловую энергию). нужен высокотемпературный источник и низкотемпературный разряд).

Пожалуйста, прочтите о циклах Карно и прочем . Чтобы использовать тепловую энергию, нужен горячий и холодный «резервуар» или, другими словами, температурный градиент, а не просто «высокие» температуры . Есть несколько проблем с этим, когда дело доходит до бактерий:

1. Большинство клеток довольно маленькие. Есть исключения, но ваш средний микроорганизм не будет достаточно большим, чтобы продемонстрировать какое-либо существенное изменение температуры внутри него. Кроме того, он должен быть в состоянии жить только на очень небольшой территории, и небольшой дрейф может привести к гибели всего организма, потому что он просто не создан для таких температур.

2. Если вы найдете способ справиться с 1, вам все равно нужно учитывать, что жизнь, как мы знаем, нуждается в жидкой воде. С большим количеством соли вы можете получить, скажем, диапазон 140 ° C, чтобы вода была жидкой, но больше нереально, если вы хотите постоянно жить в ней. Г-н Спенсер дал ссылку в комментариях: Некоторые бактерии могут расти при температуре выше 113°C . Да, микроорганизмы могут выживать в довольно экстремальных условиях, но вы не можете ожидать постоянной температуры намного выше этой. Таким образом, вы должны быть снаружи вулкана, где, возвращаясь к точке 1, градиент будет намного меньше, чем в более горячих зонах. Кроме того, вы почти наверняка не найдете достаточного количества белков, которые функционируют должным образом во всем этом диапазоне. По этой причине, например, термофильный организм не будет работать при более низких температурах.

3. Он должен был бы развиваться естественным путем с довольно неэффективным источником энергии, в то время как а) другие живые существа вокруг него могли бы сделать это с помощью двух названных вами вариантов б) среда, в которой он находится, довольно нестабильна, вулкан не совсем безопасное место жить если умрешь от перепадов температуры и в) всякое хочет есть. Такой неэффективный организм просто не имеет смысла с точки зрения эволюции. Я думаю, что это становится намного более проблематичным, если вы сделаете его больше, чтобы компенсировать небольшие перепады температур.

Я мог бы заработать еще пару очков, но у меня мало времени. Я не говорю, что это невозможно, но вам придется решать эти проблемы. Может быть, вам нужно придумать организм, который живет рядом с вулканом, который касается ледника.

Пока выполняются первый и второй законы термодинамики, теоретически это возможно. Это довольно расплывчатый ответ, но организм не смог бы «жить», если бы просто находился в среде с постоянной температурой. В таком случае он мог бы уйти в спячку, но динамическая активность прекратилась бы.

Организм будет поглощать тепловую энергию только в том случае, если он холоднее, чем его местная среда. Большая часть этой поглощенной энергии повысит температуру организма, а остальная часть будет использована для управления химическими процессами или изменения внутренней структуры непосредственно посредством теплового расширения/сжатия. Некоторые из этих химических процессов могут привести к тому, что организм будет совершать работу с окружающей средой или даже со своей собственной структурой, но только в том случае, если могут быть удовлетворены первый и второй законы термодинамики. Эти процессы прекратятся, когда организм достигнет теплового равновесия с окружающей средой. Чтобы организм в конечном итоге не «готовился», он не может просто поддерживать более теплую среду. В конечном итоге ему придется оказаться в локальной среде, которая холоднее, чем он сам, чтобы он мог сбрасывать тепловую энергию. возможно с выполнением большего количества работы. Чтобы соответствовать любому разумному определению жизни, организм должен оказаться в среде, котораятермически колеблется , чтобы создать структуры и поведение, которые мы обычно связываем с жизнью.

Если работа, которую выполняет организм, не используется для переноса себя туда и обратно между более теплыми и более холодными средами, ему придется полагаться на внешнюю причину тепловых колебаний.

Вы можете представить организм, такой как грибок или бактерия, который вы можете бросить в очень горячую среду. Тепло будет «поглощаться» и использоваться организмом, оставляя меньше энергии, чем раньше, по существу охлаждая его. Этот организм был бы невероятно удобен и, к сожалению, нарушает законы физики! Его можно было бы использовать для охлаждения ядерных реакторов и, возможно, вместо кондиционирования воздуха, если бы он был достаточно эффективен. В конечном итоге это обратит вспять любое глобальное потепление.

Я использовал кавычки вокруг слова «поглощен», потому что у нас нет никакого способа сделать это. Тепло естественным образом перетекает из области с высокой температурой в область с низкой температурой (переходя в состояние максимальной энтропии: тепловое равновесие). Перемещение тепловой энергии против этого градиента требует некоторого усилия, которое неизбежно приведет к увеличению энтропии в другом месте.

Области с высокой температурой, такие как термальные вентиляционные отверстия, также имеют высокие температурные градиенты. Полезная энергия (механическая или химическая) может быть получена за счет градиента тепла, но реакция всегда будет приближать всю систему к тепловому равновесию.