¿Cuán eficiente podría ser la megafauna anaeróbica?

De acuerdo, esta tabla enumera las vías de respiración anaeróbica y los potenciales de reducción que producen, ya que las vías alternativas utilizan la reducción primaria o la oxidación primaria como puerta de entrada al ciclo de Krebs , podemos tratar las cifras de EO ^' en la tabla como valores absolutos . He hecho un llamado personal de que las vías de respiración más accesibles para las formas de vida grandes son la entrada y salida de gas en lugar de aquellas que requieren un aceptor de electrones que es sólido o líquido a temperatura ambiente, como las vías de reducción de metal, o que producen tal un compuesto como con la acetogénesis. Con base en esa suposición, queremos observar los respiradores metanogénicos de dióxido de carbono para obtener la máxima eficiencia, esta vía produce una E^O' de solo -0.25V. La mitocondria es el estándar para la respiración aeróbica que produce un potencial redox de 0,82 V, por lo que los equivalentes de mitocondria basados ​​en algo similar a Methanosarcina barkeri tendrían aproximadamente el 30 % de la producción de energía de sus contrapartes dependientes de oxígeno. Las criaturas que usan orgánulos metanogénicos similares a las mitocondrias respirarían dióxido de carbono y exhalarían metano mientras usaban una química corporal que, por lo demás, es bastante similar a lo que estamos acostumbrados a ver, el único otro "debe cambiar" en el que puedo pensar es la hemoglobina que debe cambiarse por un compuesto que transporte dióxido de carbono y metano.

Para un ecosistema natural, las plantas tendrían que seguir un camino de oxidación anaeróbica de metano , para suministrar una atmósfera alta en dióxido de carbono con un agotamiento equilibrado de metano. Si esto se debe a los nitratos, entonces podrían ser funcionalmente similares a las leguminosas terrestres, que incluyen todo, desde el trébol hasta la acacia.

Para responder sin tener que investigar vías metabólicas complejas no basadas en oxígeno: ¿por qué no simplemente hacer la fotosíntesis? Después de todo, solo ha estipulado que el oxígeno atmosférico es un no-no, y un verdadero "planeta sin oxígeno" suena un poco improbable (es el tercer elemento más abundante en nuestro sistema solar y la vía láctea en su conjunto).

Esto requiere un suministro listo de agua y dióxido de carbono, lo cual no es un requerimiento totalmente irrazonable... después de todo, la tierra primigenia lo logró, y dado que el hidrógeno, el carbono y el oxígeno están entre los 4 elementos más comunes que existen, sería sería sorprendente si no estuvieran fuertemente representados en muchos planetas extrasolares.

Consideremos la vaca. De acuerdo con este documento sobre la nutrición de las vacas y los presupuestos de energía, una "vaca promedio" (cualquiera que sea , pero esta pesa ~ 590 kg) usa alrededor de 40 Mcal por día (eso es alrededor de 40 MJ en unidades sensibles) para tambalearse y mantenerse. vivo cada día (compárelo con las cifras de la vaca verde XKCD qué pasaría si ). La conjetura de XKCD es que una vaca alimentada con energía solar podría obtener solo 2MJ/día de la luz solar, lo que claramente es insuficiente.

Sin duda, hay muchas posibilidades de mejora en la fotosíntesis: solo alrededor del 28% de la luz incidente es realmente recolectada por la clorofila y el proceso de síntesis de glucosa es solo alrededor del 30% eficiente. Se han realizado pequeñas mejoras (del orden del 17%) en las plantas de tabaco transgénicas .

Un aumento en el área de superficie también es una posibilidad... se encuentran grandes placas y aletas fijas en varias especies de dinosaurios, y muchos otros animales tienen abanicos, crines, crestas y extremidades palmeadas, aunque la especulación adicional sobre los medios para aumentar las áreas de superficie de los animales se desvía bastante. rápidamente fuera del requisito de "ciencia dura".

Una combinación de área de superficie y eficiencia fotosintética podría cerrar la brecha metabólica de 20 veces. Puede agitar eso a mano como mejor le parezca.

Hay otra alternativa, por supuesto. Las vacas son, por supuesto, endotermos, y eso significa que necesitan mantener su metabolismo a un nivel moderado todo el tiempo. Los poiquilotermos, por otro lado, están adaptados a niveles muy bajos de metabolismo... necesarios para un animal que podría tener que hacer frente a bajas temperaturas corporales, siendo incapaz de calentarse en gran medida. La tasa metabólica estándar de cocodrilo funciona aproximadamente a una décima parte de la tasa metabólica basal de un mamífero promedio (cualesquiera que sean) del mismo peso . De repente, no se trata de una brecha de 20 veces, sino más bien de 2, una que razonablemente podría salvarse con aumentos moderados en el área superficial y la eficiencia fotosintética.

Pueden pasar largos períodos acumulando reservas de energía, hibernando efectivamente durante la noche (o durante el mal tiempo) y permaneciendo más o menos inmóviles durante el día. Cuando surge la necesidad, los cocodrilos son capaces de desarrollar cantidades considerables de energía solo a través del metabolismo anaeróbico, capaces de emboscar, luchar o huir si es necesario. La energía podría incluso ser útil para pensar si quisieras una idea realmente extravagante.

Aquí hay un prototipo potencial para tus bestias... el dimetrodón .

Usted pidió números de eficiencia reales para el metabolismo anaeróbico... bueno, mirando las vías metabólicas terrestres, una medida de eficiencia es quizás la cantidad de ATP que obtiene por molécula de glucosa. La glucólisis anaeróbica , el proceso que usarán sus células (especialmente las células musculares) en períodos de alta demanda de energía y oxigenación insuficiente, produce alrededor de 2 moléculas de ATP por la energía disponible del metabolismo de una molécula de glucosa. El metabolismo aeróbico maneja más como 34, de un máximo potencial de 38. Las grandes cantidades resultantes de lactato se pueden reciclar a través del ciclo de Cori si se dispone de algún otro medio de producción de ATP, pero requiere energía y no es bueno si eso la energía se produce por un medio que genera más lactato.

¿Qué otro medio podría ser ese? Bueno, por supuesto, la fotosíntesis produce oxígeno como subproducto. Las plantas simplemente liberan oxígeno de desecho a la atmósfera, pero sus bestias podrían almacenarlo razonablemente en sus pulmones, lo que les tomaría quizás un día entero tomar "una bocanada" de oxígeno bastante puro. Eso da una excelente reserva de oxidante para la glucólisis regular. Tal vez existan otros medios más extravagantes para almacenar oxígeno para su uso posterior... depósitos intracelulares de peróxido, tal vez, pero eso se está alejando rápidamente del régimen de la ciencia dura.