¿De dónde viene la energía en el ecosistema Dune?

En los libros Dune de Frank Herbert, el planeta Arrakis tiene una ecología extraterrestre interesante y bien pensada. Como se resume en esta respuesta , los gusanos de arena comen plancton de arena (que consiste, al menos en parte, en larvas de gusanos de arena), mientras que el plancton de arena come la especia, que se produce por los efectos secundarios del ciclo de vida del gusano de arena.

Sin embargo, una cosa siempre me ha preocupado de esto: ¿de dónde viene la energía? En la Tierra, la mayoría de los ecosistemas se alimentan en última instancia de la luz solar, mientras que otros se alimentan de la quimiotrofia . Pero de cualquier manera, necesitas una fuente de energía o la vida no puede sobrevivir.

No parece haber una fotosíntesis sustancial en Dune, ya que el planeta es casi todo arena abierta o roca desnuda. (Se mencionan algunas plantas, pero todas son especies familiares de la Tierra y presumiblemente fueron traídas allí por humanos). Quizás el plancton de arena, o incluso las truchas de arena o los gusanos de arena, son autótrofos, pero si es así, ¿de dónde obtienen su origen ? energía de? En resumen, ¿dónde están los principales productores del ecosistema Dune y qué comen?

Que yo sepa, este problema no se menciona en el libro original, pero Herbert escribió muchas secuelas, y parece que tener una ecología plausible es algo que le importaba, así que me pregunto si abordó este punto. en cualquiera de sus obras posteriores.

Parece que el plancton de arena es el eslabón débil aquí. Está compuesto al menos en parte por larvas de gusanos de arena, por lo tanto, lógicamente, también es parte de otra cosa . Todo el planeta es un desierto y se describe como muy caliente, por lo que Arrakis obviamente absorbe energía del sol, al igual que la Tierra, a pesar de la falta de plantas o agua, posiblemente incluso mejor ya que parece tener mucho más calor, siendo todo desierto. ¿Quizás hay un medio no descubierto (por lo tanto, no descrito) de recolectar energía solar más al sur, incluso más allá de los sietches Fremen más lejanos? (No tengo fuentes para esto, es pura especulación).
... Pero tal vez cualquier ecosistema que recopile esa energía solar también impulse la producción de nuevo plancton de arena, que luego migra hacia el norte para ser consumido por los gusanos.
@ Steve-O solo para mayor claridad, el "al menos en parte" es una expresión de mi propia incertidumbre: tengo la sensación de que está destinado a estar compuesto en su totalidad por larvas de gusanos de arena, pero no estoy seguro de si esto se especifica en el libro O no.

Respuestas (2)

Suposiciones incorrectas en la pregunta.

Según la Dune Encylopedia, el mundo de Arrakis no es ecológicamente estéril. Hay plantas nativas que indican que la fotosíntesis ha estado ocurriendo durante períodos de tiempo geológicos.

La punta, el hueco que una vez ocupó el nervio del diente, solía contener una pequeña cantidad del veneno más mortal disponible, a menudo un derivado mixto de las plantas nativas del desierto .

Y también hay indicios (como las salinas) de que el mundo mismo estuvo previamente inundado, presumiblemente antes de la introducción de la trucha de arena. Esto sugiere que hay restos subterráneos de esos procesos biológicos.

Entonces, ¿qué comen los gusanos (y sus crías)?

La Enciclopedia incluye una descripción muy detallada del ecosistema Dune y el ciclo de vida de Shai-Hulud.

gusanos de arena

Los grandes gusanos de arena adultos consumen nutrientes directamente del aire , así como algunos del procesamiento de la tierra. La energía requerida para catalizar estas reacciones químicas proviene de la electricidad estática y el calor, ambos derivados de la fricción. El resultado es un rendimiento de una mayor entrada de energía que salida de esfuerzo.

La respiración se lograba a través de los poros de la dura piel exterior de color gris plateado. No existía un sistema circulatorio como tal, ya que la mayoría de los nutrientes se encontraban en forma de gases. Cada segmento tenía una serie de "deflectores" de membrana para absorber los nutrientes.

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METABOLISMO DEL GUSANO ADULTO: El G. Arraknis adulto era un verdadero autótrofo , produciendo todas sus necesidades nutricionales a partir de compuestos inorgánicos en la superficie del planeta. La energía para impulsar las reacciones sintéticas se obtuvo por el viaje del gusano a través de la arena libre que provocó un diferencial de carga electrostática. Los electrones resultantes pasaron a un aceptor de electrones que se cree que es un compuesto de cupri-cianuro, cuya forma reducida se acumuló en el cuerpo del gusano. El donante de electrones probablemente fue SiO₂, aunque se desconoce el mecanismo preciso. Se desprendió oxígeno molecular durante la reacción. La presencia de agua hizo que los electrones se descargaran de manera anormal porque los aniones y cationes del cuerpo del gusano se disolvieron en agua libre. Así, el agua era un veneno para el gusano.

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El calor de la fricción del viaje del gusano a través de la arena hizo que las reacciones sintéticas se completaran. La mayoría de los nutrientes producidos eran gaseosos: metano, etano, propano y butano, ácido butírico, ácido propiónico, ácido acético y ácido fórmico. El exceso de gases que no se utilizaban como nutrientes se encendía literalmente por el calor del viaje de la arena. Por lo tanto, el gusano siempre tenía una llama en lo profundo de la cavidad del cuerpo. El exceso de calor también ayudó a impulsar las reacciones sintéticas, manteniendo los nutrientes en forma gaseosa para la adsorción y vaporizando el H 2 O perdido.

trucha de arena

Las truchas de arena más pequeñas parecen estar comiendo los químicos producidos por los gusanos adultos.

Muchos de los nutrientes requeridos por la trucha de arena eran productos de descomposición aportados por el cuerpo femenino. La trucha de arena produjo exoenzimas que digirieron los nutrientes en fragmentos absorbibles por las larvas.

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Los nutrientes fueron absorbidos del agua y el aire a través de la pared celular.

En sus etapas posteriores, la trucha de arena se convirtió en autótrofa como sus parientes más antiguos, convirtiendo sustancias inorgánicas en orgánicas a través de una forma de síntesis química.

Las reacciones químicas durante el golpe de la especia desencadenaron cambios en las larvas supervivientes, estimulándolas a unir sus cuerpos en una etapa premetamórfica. En este punto, comenzaron los cambios en el metabolismo, de modo que las larvas combinadas se volvieron similares al gusano adulto. El agua gradualmente se volvió tóxica y se desarrolló una autotrofia rudimentaria.

Nutrientes != energía, sin embargo. Eso puede sonar pedante, en cuyo caso lo siento, pero la pedantería biológica es el punto de la pregunta :). La electricidad estática como fuente de energía para el metabolismo solo tendría sentido si hubiera alguna otra fuente de energía que impulsara el movimiento; si el movimiento se debe a la acción muscular, entonces la energía tendría que provenir del metabolismo en primer lugar. (Por esa razón, me decepcionó leer esa cita, pero luego me sentí aliviado al descubrir que no fue escrita por Herbert, y oficialmente no es canónica).
@Nathaniel: aunque Dune no es conocido por su precisión científica, esto podría funcionar. La electricidad estática podría iniciar una reacción, con la energía real para el movimiento proveniente de la energía química de esa reacción.
@Nathaniel - La trucha de arena gana energía a través de la ingestión y el metabolismo de los nutrientes. Los gusanos de arena obtienen energía a través de la ingestión de nutrientes que luego se metabolizan a través de una reacción química (impulsada por el calor y la electricidad estática). Cualquier energía sobrante se destina al crecimiento.
@Valorum Nathaniel pregunta dónde entra la energía de los nutrientes en el ecosistema. En la Tierra, la energía de todos los seres vivos proviene principalmente del sol, pero una pequeña fracción proviene de la energía química en ciertos compuestos de azufre en la proximidad de los respiraderos hidrotermales, y una fracción más pequeña también proviene de la energía del hidrógeno ligado en el enlaces de rocas específicas. Sin embargo, la abrumadora cantidad de energía proviene de la fotosíntesis de carbono inorgánico (CO2) a carbono orgánico (CHR)... principalmente en las plantas. No parece haber fotosíntesis en Arrakis, por lo tanto: ¿de dónde toda la energía?
@Valorum: la preocupación es válida, si desea ver esto desde un punto de vista realista: todas las reacciones en la descripción que cita requerirían una entrada neta de energía, y no hay una fuente visible de ella. Dividir el oxígeno del silicio no proporciona electrones libres, es una reacción de reducción (ver el hecho de que lo opuesto se llama reacción de oxidación , una pequeña pista), por lo que necesita una entrada neta de electrones.
@Jules: he editado para indicar de dónde proviene la energía química más arriba en la cadena .
Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat . (He tratado de dejar lo suficiente para aclarar la idea básica de la crítica; los detalles se pueden encontrar en la sala de chat vinculada, donde también debería tener lugar cualquier discusión adicional).

El ciclo es mal entendido.

Herbert nunca explicó completamente el ciclo de las especias. Varios puntos a lo largo del ciclo son especulativos, como la relación exacta del plancton con los gusanos. Por ejemplo, todavía no tenemos idea de dónde viene el plancton; que sean producidos por truchas o gusanos solo se da a entender por su presencia en planetas alterados por truchas. (Vea la imagen a continuación como referencia).

La rareza clave que noté es que los gusanos de arena aparentemente cultivan su propia especie como alimento. Esto tiene poco sentido desde una perspectiva evolutiva debido a la hipótesis de la reina roja: depredador y presa libran una carrera armamentista evolutiva constante. El hambre de las lombrices compite directamente con su reproducción, por lo que se verían presionadas a dejar de consumir el plancton. La única forma en que esto podría ser estable es si la relación es una simbiótica altamente refinada, similar (aunque más extrema que) a las hormigas Drácula de la vida real que se sabe que beben la hemolinfa de sus propias larvas y pupas.

No solo eso, sino que alimentarse de plancton haría que el gusano se alimentara por filtración. Esto los contradice siendo cazadores activos, lo que en sí mismo es inviable. Los gusanos son simplemente demasiado grandes para que la caza activa proporcione suficiente alimento y, por lo tanto, deberían ser mucho más dóciles que los depredadores territoriales que se ven en el canon. A menos que, como sugiere la novela, ataquen solo para defender la especia y su descendencia de otras especies.

Estas rarezas podrían explicarse por la implicación de las novelas de que el ciclo de las especias es un agente xenoformador. En otras palabras, el ciclo de las especias se ajusta cuidadosamente para que sea completamente autosuficiente y transforme los entornos hostiles en entornos adecuados para su propia propagación.

El ciclo de las especias

Los gusanos de arena no pueden ser autótrofos

Herbert simplemente cometió un error de química. Esa es la única forma en que puedo explicarlo.

Dune afirma que los gusanos son " fábricas de oxígeno ", que es de donde la Enciclopedia Dune obtuvo la idea de que eran autótrofos. No es factible que los gusanos adultos sean autótrofos porque la autotrofia no proporciona suficiente energía para impulsar el metabolismo animal a escala macroscópica. Aunque se han descubierto algunas medusas fotosintéticas y babosas de mar en la Tierra, son bastante raras, presumiblemente debido a que son ineficientes en comparación con los autótrofos vegetativos.

Se describe que los gusanos tienen el equivalente biológico de los hornos internos, lo que contradice la afirmación sobre la producción de oxígeno porque el proceso de combustión (y respiración) consume oxígeno. Siendo realistas, deberían consumir oxígeno en lugar de producirlo.

El hecho de que los gusanos consuman plancton en primer lugar indicaría que eran heterótrofos, no autótrofos. Siendo realistas, el plancton es el que más probablemente sería autótrofo.

The Science of Dune de Sibyelle Hechtel incluye un ensayo que contradice la explicación canónica y postula que, en cambio, el ciclo obtiene su energía de los respiraderos hidrotermales, aunque comete una serie de errores, como olvidarse del plancton de arena. También postula, de manera similar al video de Why Science sobre el movimiento del gusano de arena , que las arenas de Arrakis tienen una composición especial para que sea más fácil nadar.

Barreras bioquímicas

Simplemente no es factible que los gusanos realicen la evolución de oxígeno. Esto requiere más energía de la que el gusano debería ser capaz de adquirir. ¿Por qué evolucionarían para hacer esto cuando es una completa pérdida de energía? No necesitarían producirlo en beneficio de la trucha y el plancton, ya que esos organismos podrían producir su propio oxígeno al separarlo del agua.

El simple hecho de que los gusanos reaccionen explosivamente al agua indica que su bioquímica es muy diferente de la vida terrestre. Incluso para comenzar a explicar eso, sería necesario profundizar en la biología especulativa y alejarse del trabajo de Herbert. La sugerencia explícita de Herbert de que las truchas secuestran agua (y, por lo tanto, convierten los planetas en desiertos) específicamente para el beneficio del gusano adulto solo plantea más preguntas sobre su historia evolutiva indudablemente idiosincrásica.

La condición de la vida real, la urticaria acuagénica , es lo único que creo que podría explicar la disparidad sin recurrir a complicadas explicaciones bioquímicas. En lugar de que los gusanos no incorporen agua en su bioquímica, deben consumirla en un paquete que no irrite sus tejidos sensibles.

¿Es esta tu imagen? O uno que hayas encontrado en Internet.
Además, esta respuesta se lee más como una diatriba contra la ciencia (falsa) en el libro en lugar de un intento serio de explicar qué/cómo entra la energía en el ecosistema que se muestra en Dune.
@Valorum: la imagen se guardó de un sitio web ahora muerto. No hay una respuesta canónica científicamente sólida a la pregunta. Desde una perspectiva científica real, la fotosíntesis del plancton, la quimiosíntesis de la trucha o una combinación de ambas.
La trucha de arena que beneficia al gusano de arena adulto y el gusano de arena que beneficia a la trucha de arena no es escandaloso, porque son la misma especie en dos etapas de desarrollo. Sin embargo, las ecuaciones de energía aún no se equilibran.
Una posibilidad que podría funcionar es que el plancton de la arena consta de múltiples especies: tanto la descendencia real del gusano como una especie autótrofa cuyas esporas se transportan en el gusano adulto. Los pequeños fabricantes "cultivan" los autótrofos en una masa de especias y los gusanos grandes comen la masa de especias, pero las masas de especias crecen lo suficiente como para mantener un ecosistema. Esto también explica la territorialidad de los gusanos: la trucha de arena dentro del propio territorio de un gusano generalmente estará más estrechamente relacionada con ese gusano, por lo que beneficia a sus genes para tratar de comer la especia de otros territorios de gusanos.
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