¿Alternativas realistas a la respiración basada en oxígeno? [cerrado]

Antecedentes
Estoy desarrollando de 6 a 10 razas alienígenas inteligentes para una historia corta.

Escenario básico de la historia
El cuento tiene lugar en la Vía Láctea en algún momento de los próximos 1000 años. Estas carreras tendrán aproximadamente un nivel de tecnología de Star-Trek / Star Wars / Pandora's Star , es decir, la circunnavegación de la galaxia aún lleva "mucho tiempo", pero cualquier especie de la que valga la pena hablar tiene algún tipo de capacidad FTL.

Todas las razas alienígenas sapientes tendrán sus formas biológicas originales, naturalmente evolucionadas, porque la ingeniería genética / nanotecnología / inmortalidad digital fuerte será imposible (por hipótesis) en esta historia en particular. Sin embargo, aparte de eso, me gustaría escribir estas razas alienígenas de la manera más realista posible en una historia corta.

Mis preocupaciones
Si tuviera que resumir mis preocupaciones sobre mi historia en una frase, sería esta:
quiero escribir esta historia corta con tanto realismo científico como práctico.

Anticipo la historia explorando de 6 a 10 razas alienígenas específicas, aunque existirán cientos o miles más en el escenario de fondo. Escuché que es probable que la mayor parte de la vida esté basada en el carbono, debido a las propiedades químicas únicas del carbono en comparación con otros elementos ( si eso no es correcto, ¡dímelo! ). Entonces, la mayoría o todas las carreras en la historia estarán basadas en carbono. Sin embargo, no se siente "correcto" hacer que todas las carreras sean respiradoras de oxígeno y basadas en carbono .

Algunos de ellos probablemente respirarán oxígeno, pero me preocupa que tener todas las 6-10 especies primarias respirando oxígeno se sentiría demasiado "igual", o rompería la suspensión de incredulidad del lector. Sería extraño que todos respiraran exactamente igual, a pesar de tener cuerpos y mentes radicalmente diferentes. Y no, no hay un proceso de "panspermia" a escala galáctica en este entorno, por lo que no todos tendrían una bioquímica similar debido a un origen compartido.

No es necesario que todos sean completamente diferentes químicamente, pero simplemente "se siente responsable" de que dos o tres de ellos (al menos) se basen en algo completamente extraño a la bioquímica de la Tierra.

Investigación que he hecho hasta ahora
Ya he investigado un poco sobre esto. En particular, he leído la entrada de Xenology sobre la respiración . Me convenció en gran medida de que los seres que respiran gas usando una química oxidante son el camino a seguir. En particular, la entrada menciona oxígeno, cloro y flúor como posibles oxidantes gaseosos. También he leído ¿ Cuál es la diferencia entre oxidación y reducción ? y Elementos alternativos para el transporte de oxígeno en una sangre extraterrestre . Sé que hay muchas más cosas que podría leer, pero esa es una madriguera de conejo en la que podría pasar meses buscando, solo para terminar en el mismo lugar donde comencé.

Vine aquí porque no confío en mi comprensión de la química, o mi comprensión de las opciones disponibles para los modelos bioquímicos (oxígeno/no oxígeno), o mi capacidad para investigar de manera efectiva las cosas correctas para aprender más sin desperdiciar una tonelada de tiempo y esfuerzo. Tomé química tanto en la escuela secundaria como en la universidad. Si bien lo encontré interesante y agradable, he olvidado la mayor parte ya que no lo uso todos los días. Retengo lo suficiente para saber que 1) la química es realmente complicada pero extremadamente bien entendida por muchas personas y 2) es extremadamente fácil parecer un imbécil cuando se habla de química a menos que realmente sepas de lo que estás hablando. Así que me preocupa usar un gas con el que no estoy particularmente familiarizado. Me preocupo por preguntas como: Si un ser respira cloro, ¿Qué podrían exhalar? ¿Cómo se necesitaría construir una cabina de su barco para que no se dañe por la exposición constante tanto al cloro como al producto de desecho de la respiración?

Preguntas
Sé que hice algunas preguntas en línea arriba. Esos pueden tomarse como preguntas de sabor o ignorarse. Creo que estas son las preguntas cuyas respuestas tendrán el mayor impacto en mi historia:

  1. ¿Está bien fundada mi conclusión? Es decir, ¿tengo razón en que la química de la respiración oxidante gaseosa es la fuente de energía más plausible para la vida compleja?
    Si no, ¿qué más debo considerar?
  2. La publicación de Xenology menciona oxígeno, cloro, flúor. ¿Existen otros oxidantes gaseosos que podrían ocurrir en los procesos biológicos naturales? ¿Otros que tendrían sentido?
  3. Si de hecho elijo un oxidante gaseoso sin oxígeno, ¿qué efectos secundarios debo considerar?
    Por ejemplo: ¿
    Qué efecto tendría sobre los materiales de construcción/biología de las razas?
    si una raza respira cloro como nosotros respiramos oxígeno, ¿su planeta de origen podría tener plantas?
    ¿Qué materiales utilizarían para construir sus viviendas?
    ¿Es posible una reacción química similar a la fotosíntesis que produzca cloro o flúor?

Observaciones finales
No todos estos detalles se incluirán en la historia, pero me gustaría al menos pensar en ellos antes de decidirme por los detalles que incluir. No quiero decir una tontería como "Respiran cloro" si no sé qué es lo que exhalan, o de dónde viene el cloro de la atmósfera, o cómo se puede mantener el equilibrio del ecosistema.

La información que encontraría más útil
no necesito respuestas al nivel de los diagramas de reacción química (aunque si tiene ganas de proporcionarlos, ¡sería increíble!). Estoy más interesado en conocer posibles "incógnitas desconocidas" sobre reacciones químicas básicas que involucran oxidantes. Aquí hay una lista de cosas que acabo de inventar como ejemplos de posibles incógnitas desconocidas que me gustaría saber; este es el tipo de cosas que me gustaría que me dijeran, pero que no necesariamente sabría preguntar:

  • "los vertebrados que respiran flúor necesitarían [x] en lugar de calcio en sus huesos porque el flúor disolvería el calcio"
  • "los vertebrados que respiran cloro probablemente exhalen [compuesto Y] debido a {las energías de enlace molecular (o algo así)}, y las plantas que metabolizan [compuesto Y] también necesitarían [compuesto Z] para poder producir cloro nuevamente".
  • "La vida compleja que respira usando cloro no respiraría cloro puro. En cambio, necesitaría respirar [compuesto de cloro] porque el cloro elemental o molecular [no funcionaría / no estaría presente en la atmósfera]"
  • Un planeta con un alto contenido de flúor en su atmósfera estaría constantemente en llamas debido a la reactividad del flúor [a menos que se cumpla tal o cual condición].
  • etc.

Siéntase libre de responder cualquier subconjunto de mis preguntas si eso es más fácil que responderlas todas. Sé que pido mucho, pero realmente no quiero cometer errores estúpidos en mi descripción de la biología alienígena. Esto comienza como una historia corta, pero podría convertirse en una serie si hay interés, y no quiero tener que repetir un error básico de química. Si un mundo con una atmósfera de flúor estuviera constantemente en llamas, entonces preferiría saberlo antes de escribir sobre ello. ¡Gracias!

Hola CuriousMind, bienvenido a Worldbuilding SE. Probablemente querrá dividir esto en varias preguntas. Las cadenas de preguntas no son nada inusuales aquí y ayudan a proporcionar claridad. Si necesita ayuda para reelaborar esto en un formato adecuado para este foro, no dude en aprovechar la zona de pruebas.
¡Bienvenido a Worldbuilding.SE! ¡Nos alegra que pudieras unirte a nosotros! Cuando tenga un momento, haga clic aquí para aprender más sobre nuestra cultura y hacer nuestro recorrido . Como parte de su investigación, lea la docena de páginas del centro de ayuda para comprender mejor la naturaleza de Stack Exchange y Worldbuilding.SE. Por el momento, el problema más destacado es el modelo de una pregunta específica/una mejor respuesta de SE ( SE no es un foro de discusión ).
Por favor, no haga más de una pregunta por publicación.
Bueno, ¿entonces quieres "perder" nuestro tiempo y esfuerzo en lugar de gastar el tuyo? De todos modos, en una nota más amigable, le recomiendo que lea el capítulo de introducción en el volumen masivo "The Cell" de Cooper & Hausmann (tal vez pueda leerlo en una biblioteca local). Tiene una sección sobre la respiración celular temprana/anaeróbica como sucedió en la Tierra. Esto podría inspirar algunas elecciones adicionales en su historia.
Estas son buenas preguntas, CM. Por favor, divídalos en varias preguntas. A veces funciona bien preguntar uno a la vez. Mientras tanto, puede encontrar inspiración para vías metabólicas alternativas aquí: en.wikipedia.org/wiki/Microbial_metabolism
Tener todas las especies principales (componentes de la historia) respirando oxígeno en realidad tiene sentido para mí, porque cualquiera que respire algo más no tendrá muchas razones plausibles para interactuar con aquellos que lo hacen, tal vez sea más fácil de escribir si tiene algún respirador que no respira oxígeno entre sus elementos de fondo.
Solo tenga cuidado cuando intente hacer que sus extraterrestres sean científicamente precisos. Diferentes idiomas, biología y tipos de cuerpo harán que sea extremadamente difícil para ti explicar las interacciones y los actos. Sus tripulaciones tampoco serán de tipos mixtos debido a los diferentes requisitos biológicos y esto es solo una historia corta.
@AtmosphericPrisonEscape Me disculpo si parecí intentar pedirle a otras personas que hicieran mi tarea por mí. Esa no era mi intención. Mi intención era buscar la ayuda de personas con más conocimientos que yo que pudieran decirme en ~ 5 minutos algo importante que, de lo contrario, me llevaría ~ 6 horas de investigación (o más) para descubrir/realizar por mi cuenta. No obstante, aprecio tu franqueza. Según otras respuestas, probablemente volveré a enviar esta pregunta como una serie de preguntas más pequeñas y específicas. Gracias por la recomendación del libro.

Respuestas (1)

Voy a abordar esto más como una introducción a la xenobiología para que pueda obtener los conceptos básicos y luego descubrir qué tan 'científico' quiere hacer su historia. Hay varios aspectos de la química orgánica que te ayudarán a establecer tu especie. Los discutiré en orden creciente de exotismo...

Quiralidad
En química, cualquier molécula asimétrica se considera quiral . El ADN es asimétrico y, por lo tanto, tiene una quiralidad cuya imagen especular no es compatible con ella. Cuando piensas en compuestos orgánicos, las criaturas de la quiralidad inversa tendrían problemas para consumir alimentos u otros compuestos de la quiralidad inversa (esto se discute en la serie Mass Effect, donde Turians, Quarians y (creo) Krogan tienen la quiralidad opuesta a nosotros , y por lo tanto necesitan alimentos diferentes.

Las especies que respiran oxígeno a base de carbono pero con una quiralidad diferente bien pueden interactuar con especies como nosotros, y pueden vivir más o menos en los mismos planetas que nosotros, pero no pueden consumir los mismos alimentos que nosotros y probablemente serían inmunes a muchos. de nuestras enfermedades (o eso o nuestra bacteria podría enfermarlos MUY). En general, van a ver otros planetas basados ​​en carbono que ya tienen vida con su propia quiralidad, si es posible.

Valencia
¿Por qué se nos llama vida 'basada en el carbono'? Es porque el carbono hace posibles los compuestos orgánicos a través de un atributo llamado Valencia , o el recuento de otros elementos a los que se puede conectar en la creación de una molécula. El carbono tiene una valencia alta en 4, lo que hace que todos los compuestos de CHNO (Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Oxígeno), que normalmente llamamos compuestos orgánicos, sean posibles.

Algunos otros elementos también tienen alta valencia. El cromo y la silicona en ciertas circunstancias pueden tener valencias de hasta 6, lo que los convierte en candidatos para la vida basada en elementos exóticos debido a la flexibilidad en la composición que ofrece ese elemento.

Tales formas de vida, sin embargo, tendrán muy poco en común con nosotros, y lo que ellos llaman compuesto orgánico y lo que nosotros llamamos compuesto orgánico serán muy diferentes. Tal vida tendrá muy pocas razones para interactuar con nosotros porque no pueden usar nuestros recursos naturales y nosotros no podemos usar los suyos.

Oxidación
Tienes razón cuando hablas del cloro y el flúor como oxidantes orgánicos potenciales, pero como tu lectura ya te habrá dicho, estos oxidantes no juegan bien juntos en el arenero. Tanto el cloro como el flúor son altamente tóxicos para nosotros en cualquier cantidad, y algunos compuestos que contienen estos elementos, particularmente cuando se combinan con oxígeno, son muy peligrosos como combustibles y toxinas.

Como tal, es probable que los que respiran flúor encuentren altamente tóxicos nuestros entornos ricos en oxígeno, y viceversa. Simplemente no se acercarán a los planetas que nos resulten cómodos y nosotros no nos acercaremos a los suyos. No hay posibilidad de conflicto sobre planetas ubicados estratégicamente entre tales especies porque la ubicación estratégica tiene que ver con conectar ubicaciones de valor, y no encontraríamos tal toxicidad valiosa.

Probabilidad de incidencia
Hay una muy buena razón por la que respiramos oxígeno a base de carbono; en términos generales (y esto no es del todo exacto) cuanto menor es el número atómico del elemento, más abundante es en el universo. Eso significa que los planetas donde no existe el oxígeno pero sí el flúor van a ser muy exóticos y muy raros. Lo mismo ocurre con el cromo sobre el carbono cuando se habla de valencia. Eso significa que hay una gran probabilidad de que si alguna vez nos encontramos con vida extraterrestre, será a base de carbono y respirará oxígeno. Si bien es posible una vida más exótica, es mucho menos probable que incluso nuestra existencia,

Si bien es posible que su vida exótica exista en su galaxia, será la excepción, y sus necesidades orgánicas en términos de expansión serán tan diferentes de las nuestras que es mucho más probable que ambas especies se dejen perfectamente solas. El único artículo comercial posible que podrían compartir sería información; hay un planeta en nuestro espacio que no necesitamos que podría adaptarse a usted, ¿tiene algún planeta rico en oxígeno en sus áreas? Ese tipo de cosas. Aparte de eso, no habría necesidad de interactuar más allá de la curiosidad académica.

Conclusión
La conclusión es que cuanto más exótica hagas la vida en comparación con la nuestra, menos probable es que exista, y si lo hace, es aún menos probable que haya sobrevivido hasta la inteligencia. Incluso si lo hace, tendrá menos capacidad y razón para interactuar con nosotros cuanto más exótico se vuelva debido al hecho de que habrá menos recursos que podríamos consumir que serían comunes entre nosotros.

Con ese fin, me concentraría en las especies que tienen diferentes quiralidades y los desafíos de trabajar juntos a pesar de esta diferencia. Las otras especies simplemente no tendrán ninguna razón para interactuar y ni siquiera responderán a las señales de socorro de los demás en el espacio porque, en serio, ¿qué van a hacer un grupo de respiradores de flúor por los respiradores de oxígeno en el espacio? No habría manera de ayudar incluso si quisieran.

Las especies con quiralidad inversa, por otro lado, que respiran oxígeno a base de carbono, tienen muchas más posibilidades de trabajar con nosotros para un objetivo común (como salvar a las personas en el espacio) sin competir con nosotros por TODOS los mismos recursos, como la comida.

Buen post. Solo tengo que discutir la parte en la que dices que la probabilidad de un planeta donde no exista oxígeno y sí flúor será muy rara. Si bien puede tener razón en eso, los planetas con ambos son probablemente mucho más comunes. La toxicidad realmente no representa un problema por la misma razón que el flúor en nuestro planeta no representa un problema para nosotros; es inerte y ya ha reaccionado. Al igual que la fotosíntesis en la Tierra renueva el oxígeno en nuestro planeta pero no el flúor, la fotosíntesis extraterrestre también repondría el suministro de flúor sin tocar el oxígeno.
@Rafael, estos son buenos puntos que usted hace: consideraré poner una edición para referirme a los oxidantes sin reaccionar . Aún así, en términos de la practicidad de los respiradores de flúor que viven y trabajan en un lugar como la Tierra, les resultará incómodo.
@TimBII ¡Gracias! Este es exactamente el tipo de descripción general de alto nivel que esperaba, pero que en realidad no esperaba, recibir. Agradezco el tiempo que te tomaste para entrar en tantos detalles. Todo lo que dijiste sobre Valencia+Probabilidad de Incidencia es exactamente lo que necesitaba. Si bien no estoy seguro de estar de acuerdo con su conclusión de que los respiradores de oxígeno y flúor simplemente se ignorarían, me ha dado algo nuevo para reflexionar, por lo que sigue siendo un punto valioso para mí. ¡Gracias nuevamente por tomarse el tiempo para responder mi pregunta torpemente redactada de manera tan efectiva!