¿Puede la vida orgánica producir naturalmente una sustancia ligera (relativamente) impermeable a un gas de elevación?

Aparentemente, a la pila de Biología no le gustan los teóricos. :PAG

Estoy investigando el tropo de ciencia ficción de las plantas flotantes a través de algún tipo de equivalente de los neumatocistos de algas marinas , y el mayor problema a superar parece ser el almacenamiento de gas de elevación. El metano es una molécula lo suficientemente grande como para que muchas sustancias orgánicas puedan retenerla de forma segura, pero produce poca sustentación. El hidrógeno y el helio proporcionan mucha más sustentación, pero penetrarán casi cualquier cosa, incluidos la mayoría de los metales, polímeros e incluso muchos dieléctricos . Lo más parecido que puedo encontrar sería un caucho producido naturalmente a través de la savia de la planta y el amoníaco , pero me temo que su permeabilidad superaría con creces la capacidad de producción de hidrógeno de las algas productoras de hidrógeno.. ¿Existe una sustancia liviana secretada naturalmente que pueda contener helio o hidrógeno de manera más efectiva que el caucho orgánico?

Nota: superé las necesidades de esta pregunta sobre la viabilidad del gas de elevación: la ciencia actualmente está tratando de descubrir cómo aumentarlo a escala industrial. Del mismo modo, no estoy preguntando por el camino evolutivo hacia este producto final como aquí y aquí . Solo sustancias orgánicas que se ajustan a mi caso de uso.

Preguntas similares a las que sería bueno hacer referencia (pero no responda su pregunta) están aquí y aquí . Una pregunta realmente interesante está aquí .
Estoy seguro de que la evolución podría producir tal cosa si hubiera suficiente presión evolutiva en esa dirección y no hubiera otra forma de lograr ese fin. La naturaleza es notablemente adaptable, capaz de hazañas de ingeniería que superan con creces lo que los humanos pueden lograr en muchas áreas. Tal vez un fino material de seda de araña sellado por algún tipo de secreción que formaba una capa hermética a los gases. Quizá el uretano, aunque no se forma de forma natural, no hay razón para suponer que no podría generarse si fuera necesario. La naturaleza probablemente encontraría algo aún mejor, la posibilidad química es casi infinita.
El hidrógeno es fácilmente disponible y útil, pero también es extremadamente inflamable. Imagina un incendio forestal en este mundo.
La próxima vez que filetees un pez, intenta inyectar helio en su vejiga natatoria y observa qué sucede.
@Frank Sí, nunca estaré en condiciones de inyectar helio en la vejiga natatoria de un pez. ¿Puedes describir lo que les sucede a los menos inclinados a los vertebrados? :D
Qix, ni idea. Pero la membrana contiene oxígeno puro. ¿Debería funcionar bien? Reemplácelo con helio y tendrá peces voladores.
@Frank El oxígeno es una molécula mucho más grande que el helio. Un montón de cosas que retendrán oxígeno dejarán salir el helio con bastante rapidez.

Respuestas (3)

En general, la semipermeabilidad es un aspecto necesario de los seres vivos. Parte de la definición de vida es que necesita poder crecer y metabolizar cosas, y no puedes hacer eso sin una forma de hacer que las cosas entren y salgan de ti. Incluso cuando la biología crea una membrana impermeable, tiende a tomar esas membranas y llenarlas de proteínas para hacer agujeros a través de los cuales puedan pasar las cosas que necesitan.

Debido a que los gases elevadores como el H2 y el He son pequeños, simétricos y no polares, pueden atravesar prácticamente cualquier proteína sin pasar por el mecanismo de bloqueo y llave que las proteínas usan para filtrar compuestos orgánicos más grandes.

Dicho esto, a veces la vida secreta cosas que no están vivas, como moco, cabello, veneno y seda, pero estas cosas también tienden a estar compuestas en gran parte por proteínas (resulta que usas lo que sabes, y la vida CONOCE las proteínas).

Su mejor apuesta para un zepelín orgánico probablemente involucrará resina. A diferencia de la mayoría de las otras secreciones biológicas, la resina natural está diseñada para crear un polímero continuamente impermeable que está diseñado para proteger a las plantas de las heridas al mantenerlas fuera; por lo tanto, su vejiga flotante podría estar recubierta con algo similar a la resina para evitar el escape de gases.

También está la cuestión de cuánto hidrógeno puede obtener este organismo del agua. 1 gramo de hidrógeno tiene un volumen de 11,12 litros en STP. Dado que el agua tiene aproximadamente un 11 % de hidrógeno en masa, esto significa que, al dividir un solo mililitro de agua, se obtienen aproximadamente 1,2 litros de hidrógeno, lo que genera aproximadamente 2,4 gramos de sustentación. Esto significa que su flora o fauna flotante podrá ajustar fácilmente sus altitudes una vez que tenga una flotabilidad neutra, pero al llenarse de vacío probablemente tendrá que aterrizar en un cuerpo de agua. También podrá volver a inflarse utilizando su propia agua corporal almacenada, pero aún necesitará aterrizar regularmente para obtener más agua.

Correcto, por eso puse el ejemplo del caucho. Puede contener hidrógeno, pero no estoy seguro de si la cantidad de hidrógeno que puede producir la cantidad adecuada de algas sería suficiente para reemplazar el hidrógeno perdido.
Because lifting gasses like ... He2Siento que debe haber un error tipográfico allí mismo.
Vaya, sí que fue un error tipográfico. Como le gusta decir a mi hija, "a los gases nobles no les gustan los abrazos".
Estimar los límites superiores de la evolución es siempre un tiro en la oscuridad. Dado que no tenemos ningún ejemplo que alegue que la aptitud selectiva se basa en esto, no tenemos buenos ejemplos de qué tan rápido se puede inflar un organismo de este tipo. Lo mejor que puedes hacer es calcular cuánta agua necesitas dividir y si el organismo tiene una forma de metabolizar suficiente energía para hacerlo. La primera de estas preguntas que he agregado a mi respuesta, la última es demasiado subjetiva para responder a menos que defina todo tipo de cosas sobre el tamaño, la dieta, etc. de este organismo.

Las celdas de gas reales en los dirigibles reales se hicieron a partir de la membrana exterior de los intestinos del ganado.

El gas de elevación se mantiene en globos o celdas de gas a una presión muy ligeramente superior a la presión del aire circundante. Hay muy, muy poco diferencial de presión empujándolo a escapar. Cualquier tipo de barrera funcionará, especialmente si se hace hermética, por ejemplo, con cera.

En los dirigibles históricos reales, las celdas de gas estaban hechas de piel de batidor de oro , que se produce a partir de la membrana exterior de los intestinos del ganado:

Para fabricar la piel del batidor de oro, el intestino de los bueyes (u otro ganado) se sumerge en una solución diluida de hidróxido de potasio, se lava, se estira, se aplana y se afina y se trata químicamente para evitar la putrefacción. ( Wikipedia )

Hechos divertidos:

  • Alrededor de 1912, los alemanes se dieron cuenta de las ventajas de la piel de goldbeater para la construcción de celdas de gas y comenzaron a usarla con entusiasmo para sus zepelines. (Antes era un monopolio británico). Pronto siguió una crisis mundial de la piel de batidor de oro, ya que las cantidades requeridas para su uso en aeronaves superaron con creces el suministro disponible: un Zeppelin pequeño típico de la Primera Guerra Mundial requería alrededor de 200.000 láminas de piel de batidor de oro, procedente de los intestinos de unos 80.000 bueyes.

  • Un gran zepelín, como el USS Shenandoah o el LZ 130 Graf Zeppelin , utilizaba unas 750.000 láminas de piel de batidor de oro, lo que requería el sacrificio de 150.000 cabezas de ganado.

Deja que se escape. Pero reconquistarlo.

Su vejiga elevadora contiene hidrógeno. Pequeños hidrógenos retorcidos se escapan de la membrana. Pero en el exterior de la membrana de la vejiga hay canales vasculares que contienen proteínas de unión a hidrógeno. El hidrógeno que escapa se recaptura y vuelve al interior del recipiente del ascensor.

Un depósito de hidrógeno ligado a proteínas en circulación también es útil para ajustar rápidamente el tamaño de su vejiga elevadora sin desperdiciar hidrógeno ajustando la tasa de captura/deposición de hidrógeno. El tamaño de su vejiga elevadora se regula dinámicamente.

Se escapa algo de hidrógeno. Es correcto. Puede regenerar hidrógeno del agua para igualar sus pérdidas.

Puede ser ingenuo aquí, pero ¿no sería una ráfaga de viento todo lo que se necesita para desplazar suficiente hidrógeno y llevar la planta hacia abajo y potencialmente en peligro?
@Qix: el hidrógeno es interno. Está dentro de la criatura en una vejiga elevadora y que está rodeada por más criatura (y canales vasculares).
Oh, ya veo, utiliza un efecto de globo. Por alguna razón en mi cabeza estabas describiendo un mecanismo de propulsión. ¡Culpa mía!
¿Puede la vida orgánica producir naturalmente una sustancia ligera (relativamente) impermeable a un gas de elevación?
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