Возможны ли пластиковые растения?

Редактировать: некоторые ответчики, похоже, немного неправильно понимают природу предпосылки. Помните, что концепция здесь такова; В докембрии Земли бактерии эволюционировали, чтобы извлекать обильные хлориды из морской воды и использовать их для выделения газообразного хлора в качестве защитного механизма. Их хищники приспосабливаются, и хищники хищников приспосабливаются, пока все организмы (Только микробы на данном этапе) так или иначе выделяют хлор. С эволюцией многоклеточных наземных растений, которая происходит после точки расхождения с временной шкалой Земли, все выделяющие хлор организмы, покрывающие землю, продолжают выкачивать его в атмосферу, пока он не станет 1% хлора. У них такая же биохимия, как у земных бактерий.; хоть и развитая версия, но из-за всего хлора в атмосфере органические молекулы стали сильно хлорированными; следовательно, ПВХ вместо целлюлозы.

В своей книге « Строительство мира » Стивен Л. Джиллетт предлагает мир под названием Клорокс, где в ранней истории жизни планеты микробы эволюционировали, чтобы использовать хлорид в воде вокруг них для производства газообразного хлора в качестве защиты. Последовала эволюционная гонка вооружений, и в конечном итоге вся пищевая цепочка производит газ, а атмосфера содержит 1% хлора из-за их выбросов. Формы жизни основаны на углероде и дышат кислородом, но очень устойчивы к хлору. Их клетки имеют толстые стенки/мембраны, а их кости, панцири и другие твердые части сделаны из пластика.

Судя по всему, растения в этом мире производят ПВХ и используют его как целлюлозу, благодаря чему у них пластиковые кора, стебли и листья. На планете есть множество других необычных вещей, таких как ее зеленовато-желтое небо, слабокислые пресноводные водоемы (и умеренно обесцвеченные моря), задымленность и отсутствие озонового слоя — однако хлор делает свою работу достаточно хорошо.

Я хотел бы использовать аналогичную идею, но иметь ее в альтернативной временной шкале Земли, где протерозойские бактерии вместо этого эволюционируют, выделяя газообразный хлор. Однако я хотел бы проверить одну вещь; Жизнеспособны ли пластиковые заводы Gillett? Будет ли ПВХ вместо целлюлозы работать биологически, и будут ли какие-либо последствия для других аспектов жизни? Вы можете опустить последний вопрос, если хотите, но это было бы тем более ценно, если бы вы этого не сделали. Любые другие комментарии об эффектах такой атмосферы приветствуются.

Пожалуйста, сообщите мне о любых ошибках; а если серьезно - пожалуйста, не минусуйте, не оставляя критики. Иногда это может раздражать.

Жизнеспособность где? Вы говорите о почти полной перестройке биохимии, какой мы ее знаем, я не уверен, что мы можем ответить на это, кроме как сказать «конечно, если вы так говорите».
@ Эш, хорошо, помни, что в предложенном мной проекте пластиковая флора произошла от земных бактерий. Когда я говорю жизнеспособным, я имею в виду, что такое растение может расти, развиваться, выживать и т. д. с клеточными функциями и органеллами, происходящими от бактерий.
Ранние бактерии не могли производить хлор, потому что его не было в атмосфере. Если, с другой стороны, моря были более солеными, а бактерии имели гораздо более значительное применение для натрия или калия (не могу представить, почему, но не будем пока заострять на этом внимание), то да, значительное количество хлора как побочного продукта возможны.
Мне очень нравится эта идея, в основном потому, что она требует экологии, в которой распространены микро- и макроскопические организмы, питающиеся пластиком. Что создало бы всевозможные веселые проблемы для исследовательской группы с нашей технологией, плюс-минус 50 лет.
@ Александр Я думаю о морских бактериях, а в океанах много хлора.

Ответы (5)

Я бы сказал, что на ваш первый вопрос нет ответа. Если под жизнеспособными вы подразумеваете: «Могут ли они существовать?» тогда я думаю, что ответ таков: не с чем-то похожим на современную земную биологию, но вы могли бы махнуть рукой и сказать, что эволюция разработала совершенно новую биохимию. Это кажется маловероятным, но я соглашусь, поскольку это вся предпосылка вопроса. Второй вопрос, однако, можно немного изучить.

Итак, я задаю вопросы: для чего настоящие растения используют целлюлозу и как замена ее на ПВХ повлияет на свойства этих растений? Далее, каковы долгосрочные последствия для другой жизни и большей экологии планеты?

Это структура поливинилхлорида или ПВХ:

пвх повторить блок

Как видите, ПВХ представляет собой довольно простую замену атома хлора на атом водорода в ( длинном ) линейном алкане.

Это структура целлюлозы:

повторяющаяся единица целлюлозы

Явно очень разные. Таким образом, в будущем мы должны ожидать, что они будут вести себя совсем по-другому. Итак, для чего современные растения используют целлюлозу? В сильном приближении он в основном используется в качестве структурного компонента растений. Таким образом, мы хотим знать, чем он структурно отличается от ПВХ. Ну, есть много видов дерева и других конструкционных целлюлозных материалов, но я проведу сравнение с хвойными породами (например, сосна) как с достаточно средним представителем. Я также хотел бы отметить, что данные, на которые я смотрю, относятся к непластифицированному (жесткому) ПВХ. Вы можете добавить пластификатор в ПВХ, чтобы значительно изменить его свойства.

Во-первых, ПВХ значительно менее жесткий, чем хвойная древесина. Это означает, что растения, вероятно, не могли вырасти такими высокими до того, как их собственный вес начал сгибать их. Трава из ПВХ будет более свисающей, деревья из ПВХ будут либо короткими, либо изогнутыми.

С другой стороны, ПВХ намного эластичнее. Это затруднит отламывание ветвей (представьте, если бы ветки деревьев были так же устойчивы к изгибу и растяжению, как пластиковая упаковка!). Это, вероятно, не имеет большого значения для растений (лучшее удержание ветвей при сильном ветре?), но означает, что любые эволюционировавшие травоядные должны были бы использовать острые зубы, чтобы срезать траву и листья, а не отрывать их, как это делают сегодня многие травоядные.

Плотность ПВХ на самом деле аналогична целлюлозе, а плотность древесины во многом зависит от ее микроструктуры. Мягкая древесина плавает не потому, что целлюлоза может плавать (целлюлоза более плотная, чем вода), а благодаря своей структуре. Нечто подобное, вероятно, верно и для биологических структур на основе ПВХ, поэтому водные растения и тому подобное все еще жизнеспособны.

Экологическая проблема: ПВХ гораздо более стабилен, чем целлюлоза. Это означает, что процесс секвестрации, при котором атмосферный газ улавливается растениями из воздуха, превращается в твердое вещество и, в конце концов, навсегда закапывается в землю*, будет происходить быстрее с растениями на основе ПВХ, чем с растениями на основе целлюлозы. . Это означает, что уровни CO2 и Cl2 в воздухе будут падать быстрее после того, как растения начнут производить ПВХ.

CO2 в атмосфере с течением времени

На этом графике показаны исторические уровни CO2 в атмосфере. Впервые появились наземные растения около 400 млн лет назад, и вы можете видеть, что примерно в это же время началась соответствующая тенденция к снижению содержания CO2 в атмосфере. В экологии на основе ПВХ это падение может быть намного более резким и произойдет как для CO2, так и для Cl2. Это означает более быстрое изменение климата, потенциально гораздо более холодную землю в 2018 году, чем сегодня, и гораздо меньше доступного хлора в атмосфере с течением времени.

Сейчас этого может и не случиться. Даже бактериям, развившимся вместе с ПВХ, вероятно, будет сложно его разрушить, поскольку он очень химически стабилен. Тем не менее, амилхлорид может быть одним из путей переваривания, как и анилин, оба из которых оказывают разлагающее действие на ПВХ. Таким образом, если бактерии (или, в более широком масштабе, животные) развились с ПВХ, они могли бы производить эти химические вещества как своего рода специализированную пищеварительную жидкость. Тем не менее, возможно, что даже с этими адаптациями разрушение может быть достаточно медленным, чтобы оказать заметное влияние на скорость секвестрации.

Хорошо, это начинает становиться бессвязным и переходит в область диких спекуляций, так что я думаю, что на данный момент я закончил. Очевидно, что истинные ответы на этот вопрос неизвестны, но, допуская предпосылку, я надеюсь, что дал вам по крайней мере несколько интересных возможностей для изучения.

Экологическая проблема возникла и в нашем целлюлозно-растительном мире. Каменноугольная эра получила свое название из-за длительного периода времени, когда мертвые деревья не ломались. В конце концов появились грибы, способные расщеплять целлюлозу. Возможно, в мире оригинального постера будет происходить аналогичная картина.
@Jasper Отличный момент!
Самое лучшее в целлюлозе то, что это полимер глюкозы, а в растениях уже настроена и работает химия глюкозы. Поэтому, чтобы иметь заводы по производству ПВХ, я думаю, важно сначала объяснить, как они используют винилхлорид. И это нелегко объяснить, используя биологию, которую мы знаем, насколько мне известно.
Что касается моего первого вопроса, может быть, я мог бы рассказать вам немного больше о предпосылке, и вы могли бы увидеть, что вы из этого делаете. По сути, в докембрии некоторые виды бактерий эволюционировали, чтобы извлекать хлорид из воды, а затем использовать его для выделения газообразного хлора. Его хищники реагируют соответствующим образом, и начинается эволюционная гонка вооружений, пока все не начнет выделять газообразный хлор. Моя идея для заводов заключается в том, что заводы сохраняют часть этого хлора и производят ПВХ в качестве устойчивого к хлору покрытия.
@Agent_L Я думаю, что это сильная сторона, и почему я только что признал, что они производят ПВХ, отвечая на этот вопрос. Я по-прежнему считаю вопрос о жизнеспособности принципиально безответным, но чем больше продолжается дискуссия, тем больше я склоняюсь к стороне «Нет». Биохимия была бы настолько другой, что, возможно, ничего похожего на современные наземные растения даже не эволюционировало бы.

Вы должны решить важную проблему: хлора гораздо меньше , чем кислорода, поэтому построить на нем биохимию намного сложнее.

Кислород является третьим наиболее распространенным атомом в Солнечной системе после водорода и гелия, в то время как хлора примерно на 4 порядка меньше.

Просто очень сложно разработать биохимию, основанную на относительно редком элементе, когда у вас есть что-то более распространенное, как это произошло с кислородом на Земле. Заметьте, я не говорю, что это невозможно, просто сложнее.

У вас может быть такое развитие в некоторых нишах, где хлора постоянно больше, как это произошло с теми формами жизни, которые полагаются на H2S вблизи вулканических жерл.

Также имейте в виду, что хлор будет конкурировать в качестве окислителя с кислородом из-за его электроотрицательности. Следовательно, это добавляет еще одну трудность к широкому использованию хлора в среде, богатой кислородом.

Я думаю, Джиллет исходил из того, что растения вырабатывали ПВХ, а не целлюлозу, из-за накопления хлора в своих клетках, потому что они производили его сами.
@SealBoi, живые клетки не могут выполнять нуклеосинтез. Это происходит для хлора только во взрывающихся звездах.
@ L.Dutch, Биологические системы способны концентрировать элементы. Углерод составляет 0,18% земной коры и 0,04% атмосферы, но составляет примерно 20% человеческого тела. Хлор составляет 2% океана и, в этом сценарии, 1% атмосферы. Вполне вероятно, что он будет сконцентрирован до полезных уровней в растительных системах (предполагая, конечно, совершенно другую биохимию, которая не уничтожается хлором).
Также обратите внимание, что эти растения по-прежнему основаны на углероде, вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ. Они просто используют избыток хлора, который они производят, для формирования ПВХ-покрытий на своих клетках.
Вопрос касается земного образа жизни, который имеет немного лучший доступ к хлору. Этот ответ о жизни, которая использует хлор вместо кислорода. Отметить как нет и ответить.
@Agent_L, одно дело использует хлор только для пищеварения, другое дело использует хлор для массового применения, например, в клеточных стенках. Я убежден, что аргумент о дефиците элемента остается в силе.
@L.Dutch В океанах 2% хлорида, этого достаточно. Помните, что предпосылка здесь заключается в том, что бактерии эволюционируют, чтобы использовать этот хлорид для выделения газообразного хлора в качестве защиты. Эволюционная гонка вооружений следует до тех пор, пока все не будет производить газообразный хлор, поэтому в этом сценарии его много.
@SealBoi, см. мой последний абзац. Если это было так просто, ведь в морской воде много хлора, то почему этого не произошло?
Я не думаю, что так работает эволюция. Подобная эволюция основана на случайных мутациях при рождении, так что вы не можете рассчитывать на то, что это произойдет.
Почему это было помечено из-за низкого качества? Даже если бы кто-то не согласился, это, безусловно, верный момент. Не отмечайте низкое качество, потому что вы не согласны. Если что-то просто фактически неверно или не предоставлено достаточно информации, чтобы прояснить, как представленные идеи могут быть осуществимы, отметьте низкое качество. Не из-за разногласий. - из обзора
@ArtificialSoul, пока я рад твоему энтузиазму, напомни о правилах быть хорошим...
@ L.Dutch "Какого черта ...?" уже на грани того, чтобы быть недостаточно хорошим? На мой взгляд, это просто достаточно безобидное выражение и не оскорбительное. По крайней мере, я не хотел, чтобы это было так. Я имел в виду это скорее с точки зрения недоверия, поскольку пометка кажется очень необоснованной. Что ж, это может звучать немного агрессивно, возможно, ты прав. Тем не менее, я был несколько удивлен, увидев ваш пост в очереди некачественных обзоров.
Хотя я в значительной степени думаю, что этот ответ упускает из виду суть вопроса, новый последний абзац дает отличное замечание. Именно из-за таких соображений я считаю, что вопрос о том, могут ли существовать такие растения, непостижим. Наличие высокого уровня хлора в атмосфере имело бы драматические последствия для всей биохимии, и я не уверен, что что-либо, похожее на современные растения, могло бы развиваться вообще в такой среде. Хлор может генерировать активные формы кислорода, которые склонны к таким вещам, как повреждение ДНК. Биохимия должна быть совершенно другой.

Короткий ответ: да, это достаточно правдоподобно для вымышленного мира, в том смысле, что его исключение само по себе заняло бы целую книгу.

Как указывает ответ @LDutch , экономика против использования хлора, но хлор в ПВХ больше связан с промышленной химией, чем с какими-либо особыми свойствами конечного материала. Есть много пластиков, в которых используются только углерод и водород (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиолефины), и многие другие, в которых также используются кислород и азот (поликарбонат, полиуретан, АБС).

На самом деле, хороший вопрос будет заключаться в том, почему растения не производят такие виды пластика. Мы знаем множество материалов, которые химически проще, чем целлюлоза, и обладают гораздо лучшими структурными свойствами. В общем, биологическая химия, кажется, предпочитает использование относительно больших и сложных строительных блоков (таких как сахариды и аминокислоты), потому что их химический состав специфичен и поддается контролю. Молекулы, используемые в качестве строительных блоков в промышленной химии (более простые, более реакционноспособные молекулы, такие как хлорэтен), если поместить их в живую клетку, будут реагировать без разбора. Вероятно, поэтому, когда вы видите простые промышленные химические вещества в живых организмах, они представляют собой отходы, от которых организм пытается избавиться (кислород, этанол, метан).

Поэтому я подозреваю, что заводы не будут производить ПВХ, потому что мономеры слишком просты для их переработки. Но опять же, биология может делать удивительные вещи, если это необходимо.

Это очень хороший момент, и я думаю, что это хороший угол, чтобы ответить на вопрос ОП. Из любопытства я только что проверил, существует ли хлорированная целлюлоза, и кажется, что это так. Я не уверен, какими свойствами материала он обладает, но похоже, что он слишком склонен к замене хлора другой функциональностью, чтобы сделать хороший конструкционный полимер. Тем не менее, мне интересно, могут ли структурные хлорированные биополимеры быть чем-то в такой среде, как позы ОП.
«Нам известно множество материалов, которые химически проще, чем целлюлоза, и обладают гораздо лучшими структурными свойствами». Не могли бы вы привести такие примеры?
@Explunky Это зависит от того, что вы подразумеваете под «превосходным» и «более простым», но в этом ответе в качестве примеров приведено несколько полимеров, которые, я думаю, подходят (PE, PP и т. Д.). Другие примеры могут включать такие вещи, как полиамиды (например, нейлон) или даже ПВХ. Интересным примером, подтверждающим основную мысль ответа, является полиизопрен (латекс). В лаборатории его можно синтезировать из изопрена, но растения делают его из изопентенилпирофосфата (гораздо более сложный мономер). Очень похожий конечный материал, и кажется, что растения делают это «сложным» способом (вероятно, потому что это более контролируемо).

Возможно нет.

Есть 2 способа взглянуть на это, первый — самый большой, через морскую жизнь.

Океанская вода содержит значительные количества хлора и брома, оба из которых используются для производства биологически активных соединений, таких как хлорсодержащий бриаренолид J и хлорметан, а также бромсодержащий бромметан. Морская вода содержит примерно в 700 раз больше хлора по весу по сравнению с углеродом.

Существуют тысячи встречающихся в природе органогалогенов, многие из которых производятся водорослями, губками и кораллами. Тем не менее, ни один из них не использует соединения галогенов в качестве основного компонента клеточных стенок или скелетной структуры. Учитывая разнообразие видов и количество доступного хлора, можно было бы ожидать, что некоторые галогенорганические соединения будут использоваться в качестве структурных соединений, если бы это произошло, но этого не происходит.

Во-вторых, благодаря свойствам ПВХ. ПВХ, когда он используется для производства продукта, содержит множество добавок, делающих его пригодным для использования, в остальном он довольно плох по своим свойствам материала. Он растворяется в кетонах и ароматических углеводородах, вырабатываемых растениями. Он разрушается под воздействием УФ. ПВХ также разрушается и выделяет хлористый водород при нагревании, который вызывает коррозию. Хлорированный ПВХ обладает превосходными свойствами материала по сравнению с ПВХ, но его органическое производство может быть затруднено.

Наиболее вероятным кандидатом на соединения на основе ПВХ могут быть сложные морские организмы, живущие в холодной темной воде, например, экзоскелеты лобстеров или крабоподобных существ. Что касается использования хлора в качестве защитного средства, некоторые насекомые производят хлорированный алкалоид эпибатидин, который может быть смертельным для человека при дозе всего 1 мг. Это объясняет, почему растение также может производить его либо само по себе, либо в симбиотических отношениях с бактериями, поскольку соединение не токсично для растений. Некоторые растения, такие как азиатское лунное семя, производят несколько различных хлорированных алкалоидов.

в двух словах? гм-возможно.

Хлор — это тупик, если вы посмотрите на основу больших сложных молекул. Углерод, кислород и азот – нет, потому что они обычно образуют четыре, две и три ковалентных связи вместо одной. Вот почему их много в биохимии, а хлора нет. Есть ли в человеческом организме хотя бы одно природное хлорорганическое соединение? Думаю, нет.

Некоторые (из-за отсутствия лучшего слова) причудливые бактерии производят сумасшедшие вещи, подобные этой https://de.wikipedia.org/wiki/Bipyrrol_Q1 , но я не думаю, что это устойчиво или даже может быть обобщено.

Вы должны сказать нам, почему это тупик.
@RonJohn Я думаю , тебе нужно взглянуть на свои старые школьные конспекты лекций по химии. ;-) en.wikipedia.org/wiki/Organochloride#Natural_occurrence
Ты упускаешь суть, @Karl. Этот сайт требует, чтобы ответы имели причины помимо «потому что я так сказал» и «прочитайте свои заметки по химии HS». Это гарантированно приведет к тому, что вы проголосовали против, даже если вы правы в том, что хлор является тупиком.
Вопрос был о ПВХ, где углерод выполняет тяжелую работу по соединению молекулы.
@StigHemmer Не в этом дело. Кислород в органических молекулах может иметь разные степени окисления, встречаться в виде спирта, эфира, карбоксильной группы, тогда как хлор связан одинарной связью при степени окисления -1. Это просто не очень полезно с биохимической точки зрения.
Возможны ли пластиковые растения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v