¿Son plausibles las plantas de plástico?

Yo diría que su primera pregunta no es realmente respondible. Si por viable quiere decir, "¿Pueden existir?" entonces creo que la respuesta es: no con nada similar a la biología terrestre actual, pero se podría agitar y decir que la evolución ha ideado una bioquímica completamente nueva. Parece poco probable, pero lo concederé, ya que es toda la premisa de la pregunta. La segunda pregunta, sin embargo, puede explorarse un poco.

Entonces, planteo las preguntas: ¿para qué usan las plantas reales la celulosa y qué efecto tendría cambiarla por PVC en las propiedades de esas plantas? Además, ¿cuáles son las consecuencias a largo plazo para otras formas de vida y la mayor ecología del planeta?

Esta es la estructura del cloruro de polivinilo o PVC:

Como puede ver, el PVC es una sustitución bastante directa de un átomo de cloro por un átomo de hidrógeno en un alcano lineal ( largo ).

Esta es la estructura de la celulosa:

Claramente muy diferente. Entonces, nuestra expectativa en el futuro debería ser que se comporten de manera muy diferente. Ahora bien, ¿para qué usan las plantas modernas la celulosa? En una fuerte aproximación, se usa principalmente como componente estructural en las plantas. Por lo tanto, queremos saber en qué se diferencia estructuralmente del PVC. Bueno, hay muchos tipos de madera y otros materiales celulósicos estructurales, pero haré una comparación con la madera blanda (como el pino) como un representante bastante promedio. También me gustaría señalar que los datos que estoy viendo son para PVC no plastificado (rígido). Puede agregar un plastificante al PVC para cambiar enormemente sus propiedades.

En primer lugar, el PVC es significativamente menos rígido que la madera blanda. Esto significa que las plantas probablemente no podrían crecer tanto antes de que su propio peso comenzara a doblarlas. El césped de PVC sería más caído, los árboles de PVC serían cortos o flexibles.

Por otro lado, el PVC es mucho más elástico. Esto dificultará que las ramas se rompan (¡imagínese si las ramas de los árboles fueran tan tolerantes a doblarse y estirarse como los envases de plástico!). Es probable que esto solo tenga pocas consecuencias para las plantas (¿mejor retención de ramas con vientos fuertes?), pero significaría que cualquier herbívoro evolucionado necesitaría usar dientes afilados para cortar el pasto y las hojas, en lugar de arrancarlas como lo hacen muchos herbívoros en la actualidad.

El PVC en realidad tiene una densidad similar a la celulosa, y la densidad de la madera depende mucho de su microestructura. La madera blanda flota no porque la celulosa pueda flotar (la celulosa es más densa que el agua), sino por su estructura. Es probable que algo similar sea cierto para las estructuras biológicas basadas en PVC, por lo que las plantas acuáticas y similares aún son viables.

Un problema ecológico: el PVC es mucho más estable que la celulosa. Esto significa que el proceso de secuestro, mediante el cual las plantas capturan un gas atmosférico del aire, lo convierten en un sólido y finalmente lo entierran en el suelo para siempre*, procedería más rápidamente con las plantas a base de PVC que con las a base de celulosa. . Esto significa que los niveles de CO2 y Cl2 en el aire disminuirán más rápidamente una vez que las plantas comiencen a producir PVC.

Este gráfico muestra los niveles históricos de CO2 en la atmósfera. Alrededor de 400 MYA aparecieron plantas terrestres por primera vez, y se puede ver que la tendencia a la baja correspondiente en el CO2 atmosférico comienza alrededor de ese tiempo. Con una ecología basada en PVC, esta caída podría ser mucho más pronunciada y ocurrirá tanto para el CO2 como para el Cl2. Esto significa un cambio climático en una escala de tiempo más rápida, potencialmente una tierra mucho más fría en 2018 que la que tenemos hoy y mucho menos cloro disponible en la atmósfera a medida que pasó el tiempo.

Ahora, esto podría no suceder. Incluso las bacterias que evolucionaron junto con el PVC probablemente encontrarían difícil descomponerse, es muy estable químicamente. Sin embargo, el cloruro de amilo podría ser una vía para la digestión, y similar para la anilina, los cuales tienen un efecto degradante sobre el PVC. Entonces, si las bacterias (o, a mayor escala, los animales) evolucionaron con el PVC, podrían producir estos químicos como una especie de fluido digestivo especializado. Aún así, es posible que, incluso con estas adaptaciones, el colapso sea lo suficientemente lento como para tener un efecto notable en la tasa de secuestro.

Bien, esto está empezando a volverse confuso y en el reino de la especulación salvaje, así que creo que he terminado por ahora. Obviamente, las respuestas verdaderas a esta pregunta son desconocidas, pero al aceptar la premisa, espero haberte dado al menos algunas posibilidades interesantes para explorar.

Tienes que lidiar con un problema importante: el cloro es mucho menos abundante que el oxígeno, por lo que es mucho más difícil construir una bioquímica sobre él.

El oxígeno es el tercer átomo más abundante en el sistema solar después del hidrógeno y el helio, mientras que el cloro es aproximadamente 4 órdenes de magnitud menos abundante.

Es realmente muy difícil desarrollar una bioquímica basada en un elemento relativamente raro, cuando tienes algo más que es más abundante, como sucedió con el oxígeno en la Tierra. Ojo, no digo que sea imposible, simplemente más difícil.

Puede tener ese tipo de desarrollo en algunos nichos, donde el cloro es cada vez más abundante, como sucedió con aquellas formas de vida que dependen del H2S cerca de las fumarolas volcánicas.

También tenga en cuenta que el cloro competiría como oxidante con el oxígeno, debido a su electronegatividad. Por lo tanto, esto agrega otra dificultad al uso extensivo de cloro en un ambiente rico en oxígeno.

La respuesta corta es que sí, es lo suficientemente plausible para un mundo ficticio, en el sentido de que descartarlo ocuparía todo un libro por sí solo.

Como señala la respuesta de @LDutch , la economía está en contra del uso de cloro, pero el cloro en el PVC está ahí más por razones de química industrial que por cualquier propiedad especial del material final. Hay muchos plásticos que utilizan únicamente carbono e hidrógeno (polietileno, polipropileno, poliestireno, poliolefinas), y muchos más que también utilizan oxígeno y nitrógeno (policarbonato, poliuretano, ABS).

De hecho, una buena pregunta sería por qué las plantas no producen este tipo de plástico. Conocemos muchos materiales que son químicamente más simples que la celulosa y tienen propiedades estructurales muy superiores. En general, la química biológica parece favorecer el uso de bloques de construcción relativamente grandes y complejos (como sacáridos y aminoácidos) porque su química es específica y controlable. Las moléculas utilizadas como bloques de construcción en la química industrial (moléculas más simples y reactivas como el cloroeteno), si las pones en una célula viva, tenderían a reaccionar indiscriminadamente. Probablemente por eso, cuando ves productos químicos industriales simples en organismos vivos, son productos de desecho de los que el organismo está tratando de deshacerse (oxígeno, etanol, metano).

Así que mi corazonada es que las plantas no producirían PVC porque los monómeros son demasiado simples para que los procesen. Pero, de nuevo, la biología puede hacer cosas sorprendentes si es necesario.

Probablemente no.

Hay 2 formas de ver esto, la primera es la más grande, a través de la vida marina.

El agua del océano tiene cantidades sustanciales de cloro y bromo, los cuales se utilizan para producir compuestos bioactivos, como el cloro que contiene briarenólida J y clorometano, y el bromo que contiene bromometano. El agua de mar contiene alrededor de 700 veces más cloro en peso en comparación con el carbono.

Hay miles de organohalogenados naturales, muchos de los cuales son producidos por algas, esponjas y corales. Sin embargo, ninguno de ellos utiliza compuestos de halógeno como componente principal de las paredes celulares o la estructura del esqueleto. Dada la diversidad de especies y la cantidad de cloro disponible, uno esperaría ver algunos organohalógenos utilizados como compuestos estructurales si fuera a suceder, pero no es así.

La segunda es a través de las propiedades del PVC. El PVC, cuando se usa para producir un producto, contiene numerosos aditivos para que sea utilizable; de ​​lo contrario, sus propiedades materiales son bastante pobres. Se disolverá en cetonas e hidrocarburos aromáticos producidos por plantas. Se degrada cuando se expone a los rayos UV. El PVC también se descompone y libera cloruro de hidrógeno cuando se calienta, lo cual es altamente corrosivo. El PVC clorado tiene propiedades materiales superiores a las del PVC, pero puede ser difícil hacerlo orgánicamente.

El candidato más probable para los compuestos a base de PVC sería la vida marina compleja que vive en aguas frías y oscuras, por ejemplo, los exoesqueletos de langostas o criaturas parecidas a cangrejos. En cuanto al uso de cloro como agente protector, algunos insectos producen el alcaloide clorado epibatidina, que puede ser fatal para los humanos con una dosis tan pequeña como 1 mg. Razona que una planta también puede producir esto, ya sea por sí misma o en una relación simbiótica con bacterias, ya que el compuesto no es tóxico para las plantas. Algunas plantas como Asian Moonseed producen varios alcaloides clorados diferentes.

en dos palabras? um-posible.

El cloro es un callejón sin salida, si nos fijamos en la columna vertebral de las moléculas grandes y complejas. El carbono, el oxígeno y el nitrógeno no lo son, porque normalmente forman cuatro, dos y tres enlaces covalentes en lugar de uno solo. Es por eso que son abundantes en bioquímica y el cloro no lo es. ¿Hay un solo organoclorado natural en el cuerpo humano? Yo creo que no.

Algunas (a falta de una palabra mejor) bacterias extrañas producen cosas locas como esta https://de.wikipedia.org/wiki/Bipyrrol_Q1 , pero no creo que sea sostenible, o incluso podría generalizarse.