Esto depende de lo que entiendas por "respirar CO2". Respiramos una cierta cantidad de CO2, aproximadamente 400 ppm, actualmente, con cada respiración, y exhalamos aire con aproximadamente 38,000 ppm. Por lo tanto, los humanos y otros animales pueden tolerar, de hecho, depender de una cierta concentración baja de CO2 en el aire que respiran.

Sin embargo, concentraciones mucho más altas nos matarán. El CO2 es un producto de desecho y debe eliminarse del cuerpo.

En cuanto a respirarlo en el sentido de que respiramos oxígeno, absolutamente imposible. Obtenemos energía al hacer reaccionar O2 con carbohidratos, etc. en los alimentos, produciendo CO2 como producto de desecho. No se puede extraer más energía al hacer reaccionar el CO2 con cualquier cosa que razonablemente se pueda encontrar en un entorno similar a la Tierra. De alguna manera necesitaríamos emular plantas y usar alguna fuente externa de energía, como la luz solar, para dividir el CO2 en O2 y C.

Pero la fotosíntesis depende del área superficial. Un ser humano necesita muchos cientos de metros cuadrados de área fotosintética para satisfacer sus necesidades energéticas.

Tener 2 tipos de mitocondrias

Hasta donde se acepta hoy en día, nuestras mitocondrias, los orgánulos que nos permiten respirar y los que requieren el oxígeno, alguna vez fueron bacterias que realizaban la respiración aeróbica, que luego fueron fagocitadas por una célula eucariótica ancestro, desarrollando una relación de simbiosis con y esencialmente convirtiéndose en un órgano celular. La razón por la que las plantas pueden participar en la fotosíntesis es porque, como sospechamos, también comieron otra bacteria que era capaz de realizar la fotosíntesis.

Ahora primero, ¿por qué O2? Bueno, el oxígeno se usa como el aceptor final de electrones en nuestro ciclo de respiración, se combina con hidrógeno para formar agua y proporcionar la energía para formar ATP, por lo que para respirar CO2 también necesitaríamos poder usarlo como aceptor de electrones. Por suerte, el CO2 ya tiene ese uso en algunas bacterias que no utilizan oxígeno. Estas bacterias, conocidas como metanogénicas, combinan dióxido de carbono con hidrógeno para formar metano y agua, y por lo general prosperan en pantanos y otros lugares en los que el oxígeno no está tan disponible.

Entonces, un posible escenario para permitirnos usar ambas partículas requeriría un cambio que se remonta a cuando éramos organismos unicelulares, consumiendo una variación de nuestras bacterias metanogénicas, así como la que se convertiría en nuestra mitocondria, podría potencialmente permitir un todo el planeta de criaturas que pueden usar oxígeno y dióxido de carbono para respirar. Este uso de CO2, sin embargo, requiere más hidrógeno que el uso de oxígeno y libera metano además de agua, el metano se considera un gas asfixiante en altas concentraciones, lo que significa que sus nuevos humanos necesitarían procesos metabólicos especiales para lidiar con este químico, así que yo Asumiría que su uso es facultativo y se limita a entornos con poco oxígeno en los que abundan los alimentos ricos en CO2 e hidrógeno.

Nota : aunque parezca un pequeño cambio, la capacidad de usar CO2 (un gas que es tóxico en cantidades suficientemente altas y comúnmente responsable de la disminución del ph de la sangre en nuestra especie) significa que estos humanos TENDRÁN un grupo de diferencias en su metabolismo. Entonces, estos humanos, así como los otros animales, no serán solo una copia exacta de nosotros y nuestros animales con un segundo grupo diferente de mitocondrias. La mera evolución de tal rasgo mostraría que era beneficioso, insinuando la existencia de ciertos ambientes en el mundo de donde provienen estos humanos que tienen niveles bajos de oxígeno pero niveles lo suficientemente altos de CO2 para permitir que el cuerpo lo use para producir ATP, u otros tipos diferentes de presiones que hicieron que este rasgo fuera seleccionado como ventajoso.

En resumen, sus humanos, como la mayoría de los otros animales en su mundo, tendrán 2 tipos diferentes de mitocondrias, podrán respirar tanto oxígeno como dióxido de carbono y probablemente tendrán algunas estrategias metabólicas para adaptarse a esta capacidad, así como para lidiar con el metano, ya que fluirá constantemente a través de su torrente sanguíneo hasta que se deseche en los pulmones. También existe la posibilidad de que evolucionen para ser capaces de absorber más hidrógeno de los alimentos.

No sin cambiar radicalmente nuestra dieta.

Hay organismos que respiran dióxido de carbono: los metanógenos. Confían en tener también un exceso ambiental de hidrógeno disponible, para reducir el CO2 a agua y metano.

Las moléculas de los alimentos utilizadas por los eucariotas, incluidos los humanos, cosas como azúcares y lípidos, no tienen una fracción lo suficientemente alta de hidrógeno (u otros agentes reductores fuertes como el magnesio) para que valga la pena inhalar el exceso de CO2.

Por otro lado, los humanos posiblemente podrían evolucionar (o al menos ser diseñados) para no necesitar respirar nada y exhalar CO2 y metano como productos de desecho, a través de una combinación de fermentación y respiración anaeróbica facultativa que convierte la glucosa en ácido acético. y luego escinde el ácido acético en CO2 y metano, a expensas de la necesidad de comer más alimentos para compensar el menor rendimiento energético en comparación con la respiración aeróbica.

Tiene mucho más sentido que los humanos evolucionen para no respirar nada.

Químicamente, el oxígeno es como una batería . Tiene mucha energía y quiere reaccionar con las cosas para deshacerse de ella. Nosotros, los humanos (y la mayoría de las cosas que piensas como "vida") aprovechamos este hecho para alimentar nuestras necesidades como organismos. Después de que reaccionas el oxígeno con las cosas y liberas la energía, obtienes CO2, que es como una batería vacía . No hay muchas cosas con las que puedas terminar que tengan menos energía que el CO2.

Las plantas respiran el CO2 de la batería vacía en busca de desechos y usan los materiales para construir azúcares para almacenar energía solar. Puedes pensar en una planta como si estuviera cargando las baterías vacías que respiran con la luz del sol para hacer una batería cargada diferente , en este caso, moléculas de azúcar. Incluso construyen sus cuerpos con azúcar, creando enormes láminas de moléculas de azúcar llamadas celulosa que utilizan para su estructura, pero esa es otra historia.

Respirar CO2 es como recolectar baterías vacías : bastante inútil a menos que tenga otra fuente de energía para cargarlas. Sin embargo, es factible tener alimentos que proporcionen toda la energía que necesita un organismo sin el requerimiento químico de un suministro de oxígeno. El ejemplo más obvio es la pólvora, que en realidad puede arder tanto bajo el agua como en el espacio, liberando su energía mientras lo hace. También podría tener oxígeno u otros oxidantes incluidos en la comida misma. Básicamente, cualquier mezcla de combustible para cohetes funcionará, ya que debe poder quemarse en el espacio.

Cualquier cosa que pueda incendiarse sin un suministro de oxígeno es un buen candidato para un "alimento" del que los humanos podrían evolucionar para vivir sin oxígeno en el aire. Después de todo, hay algo de verdad en la frase "quemar calorías". Somos mucho más como un motor de lo que muchos creen.

Yo jugaría con la regla general de "si se quema sin aire, funciona". ¡Estoy deseando ver qué ideas interesantes se te ocurren!

¿Cómo podrían los humanos evolucionar para respirar tanto oxígeno como dióxido de carbono?

Bien, entonces ya respiran oxígeno. Sólo tenemos que añadir CO2. Sorprendentemente, no es demasiado difícil en principio.

Lo que necesitamos se llama "endosimbiosis celular", que comienza con una infección por un organismo monocelular fotosintético (probablemente un alga muy simple). La infección le dará una piel verde y el alga liberará glucosa y oxígeno en el torrente sanguíneo, absorbiendo agua y dióxido de carbono.

Una vez que se resuelven los detalles de la simbiosis, el alga puede abandonar una parte importante de su maquinaria celular y dedicarse a la fotosíntesis y la reproducción (acabo de descubrir en Wikipedia que este tipo particular de endosimbiosis se llama cleptoplastia ) .

Sabemos que esto es posible porque sucedió en el pasado (así es como llegaron los cloroplastos a las plantas, al igual que las mitocondrias en los humanos), e incluso sucedió en un organismo de orden superior como Elysia Chlorotica .

Esto no es una "respiración" completa porque la superficie completamente iluminada requerida para sostener un metabolismo humano es del orden de diez a veinte metros cuadrados, mientras que un ser humano solo tiene entre 1,5 y 2 metros cuadrados. Podemos imaginar mejorar en gran medida la eficiencia de las algas y proporcionar al humano un modo operativo de "ahorro de energía", similar al letargo o al coma. En una emergencia, un ser humano podría sobrevivir casi indefinidamente (siempre que también pueda reciclar sus propios desechos) solo con la luz del sol, sin respirar en absoluto.

En realidad, un ser humano necesitaría respirar solo cuando las necesidades metabólicas adicionales superaran la capacidad de la piel y el aire exterior contuviera suficiente O2. De lo contrario, la respiración se detendría y el metabolismo tendría que ralentizarse (esto ya ocurre con el llamado reflejo cápnico), por lo que la piel podría tener la oportunidad de deshacerse del CO2 metabólico.

literatura de ciencia ficción

En Beggars' Ride , se presenta una modificación del ADN (no basada en orgánulos) que permite a los humanos una autotrofia total: "media hora al sol" es suficiente para el metabolismo de un día (lo cual es imposible: el flujo solar es como máximo de unos 1,5 kW / m2 en el ecuador, por lo que media hora al sol daría unos 750 Wh de energía, es decir, unas 650 kilocalorías, mientras que el metabolismo humano requiere unas 2000. En EE.UU. la insolación media es de 1,1 kW/m2, o 950 kCal por hora , necesitaría un poco más de dos horas de exposición continua, y eso suponiendo una eficiencia del 100 %; la fotosíntesis ordinaria es de alrededor del 5 %) .

En Heart of the Comet , a los humanos se les han suministrado orgánulos artificiales llamados cianuros que prosperan con metano, compuestos de cianuro y ácido sulfhídrico, y los eliminan del torrente sanguíneo de sus anfitriones, para permitirles una supervivencia más segura en el cometa Halley.