Se estima que la clorofila, tal como la conocemos en la tierra, tiene entre un 3 % y un 6 % de eficiencia en la conversión de energía luminosa en biomasa utilizable. Esto favorece un crecimiento lento y sin movimiento de las plantas como el que se observa en los herbívoros o carnívoros. Más arriba en la cadena alimentaria, los animales dependen directa o indirectamente de las plantas para convertir grandes cantidades de energía solar en biomasa utilizable. Dado que el 3% de eficiencia no puede soportar actividades a nivel humano, ¿cuánta más eficiencia necesitamos de la fotosíntesis para cambiar a los humanos de omnívoros a fotovoros?
Suposiciones:
¿Cuánto más eficiente debería ser un proceso de fotosíntesis basado en la neoclorofila para soportar actividades a nivel humano con el área de superficie de un ser humano?
Estoy interesado en cuánto más eficiente tendría que ser la fotosíntesis para satisfacer las necesidades energéticas a nivel humano. No se espera cómo lograr esa mayor eficiencia como parte de una buena respuesta (a menos que trabaje en química orgánica y se sienta juguetón).
El ser humano adulto promedio tiene una superficie de 1,75 metros cuadrados. Ahora, obviamente, al menos la mitad de eso apuntará lejos del sol en un momento dado, más un poco para la piel de los lados del cuerpo en lugar de en la parte delantera o trasera. No sé con precisión cuánta piel se puede usar en realidad, pero para simplificar supondremos que se pueden usar 0,75 metros cuadrados en un momento dado.
" Una cantidad promedio de luz solar recibida en la superficie de la Tierra por metro cuadrado es 341 × 0,48 = 163 W/m2, o 15 vatios por pie cuadrado. " Esto se promedia en toda la superficie del planeta, incluido el lado nocturno, por lo que no necesitaremos hacer más ajustes por el hecho de que es de noche aproximadamente la mitad del tiempo, y los humanos no pueden sentarse al sol durante la noche. Tenga en cuenta que este número ignora cualquier pérdida de energía que viaje a través de la atmósfera.
Un ser humano consume 96 Watts de energía, asumiendo una dieta diaria de 2000 Calorías.
Entonces, suponiendo que sus humanos vivan en algún lugar donde las noches y los días tengan la misma duración, y que pasen todo el día extendidos al sol con la mayor cantidad de su cuerpo expuesto a la luz solar sin interrupciones ni necesidad de moverse, y eso nunca está nublado, la eficiencia requerida está en algún lugar en el área de 96/(0.75*163) = 78.5% . Esto no es realmente alcanzable, supera con creces a casi todo lo que vemos en la naturaleza o en el mejor diseño humano. Además, todo esto suponiendo que no se pierda energía mientras viaja a través de la atmósfera; en la práctica, una parte significativa de la energía rebotará en las nubes y, por lo tanto, se perderá. Los humanos probablemente no puedan funcionar con sistemas de energía solar integrados en sus formas actuales.
Sin embargo, hay dos términos importantes y fáciles de cambiar en la ecuación anterior. Las plantas pueden sobrevivir fuera de la luz solar porque la proporción entre su superficie expuesta al sol y sus necesidades energéticas es mucho mayor que la de un ser humano. Si su variante en humanos puede aumentar drásticamente el área de superficie de la piel que están exponiendo al sol, o disminuir drásticamente su consumo de energía, vivir de la luz solar puede ser factible.
La conversión de luz en energía química/eléctrica no es realmente tan simple. Recuerde, vemos objetos debido a la luz REFLEJADA de ellos. Eso automáticamente excluye el 100% de eficiencia.
En segundo lugar, parte de la energía generada se utiliza para transferir nutrientes internamente. Ese es un costo de energía y debe restarse de la energía disponible.
En tercer lugar, las plantas extraen nutrientes del suelo, el aire y la energía del sol. Su humano fotosintético aún necesitaría comer y beber. Es mucho más eficiente pararse en un lugar para absorber activamente que desperdiciar energía moviéndose en busca de alimentos.
En cuarto lugar, la luz del sol hace que las hojas se calienten. Para enfriarlas, las plantas usan la acción capilar para extraer agua del suelo, que se evapora en las hojas, enfriándolas y provocando que se extraiga más agua. Parte de esta agua se utiliza para unir CO2, formando carbohidratos. Necesitas un flujo continuo de agua para que funcione la fotosíntesis.
La insolación máxima es de unos 900 Wm^-2 al mediodía en los trópicos durante un solsticio. Un ser humano de pie, recibiría solo el bocado directamente sobre su cabeza. El resto del tiempo, la luz del sol le daría en ángulo, pero desde un lado, por lo que tendría menos densidad de energía, pero sobre una superficie más grande.
Lo que realmente marcaría la diferencia es la radiación difusa, es decir, la luz reflejada desde su entorno. En áreas como desiertos o desechos helados, esto excedería la radiación del haz, pero deja escasez de agua y nutrientes accesibles, respectivamente.
En resumen, la fotosíntesis solo funciona realmente si echas raíces. Literalmente. Es por eso que ningún animal es fotosintético, a pesar de que ese era un camino evolutivo válido y explorado cuando apareció el primer parásito.
Nota: las matemáticas son incorrectas (ver el comentario de Saidoro) y el poster naver volvió a editar. —Editor
Este artículo hace un poco de trabajo preliminar para nosotros. Calcula la energía que recibe un solo cm cúbico en 12 horas como 1,8 x 10^6 mJ
Ya dijiste que un hombre adulto mide 1,9 metros cúbicos, así que multiplica lo anterior por 190 cm cúbicos de superficie humana, si supusiéramos que cada centímetro de piel recibe la cantidad total de energía (ignorando la ropa o simplemente estando de espaldas al cuerpo). sol) y obtenemos una energía máxima posible, al 100% de eficiencia, de 3,42 x 10^8 mj en 12 horas.
Por supuesto que era un cálculo de la energía en 12 horas. Seamos realmente generosos y dupliquemos eso para calcular la energía disponible en un día (ignorando por completo todo el asunto de la 'noche'). La máxima energía posible que podríamos obtener es de 6,84 x 10^8 mj en un día.
El ser humano promedio quema 1060 'calorías' de energía al día Pongo 'calorías' entre comillas porque lo que aparece como calorías en la etiqueta nutricional de los alimentos es realmente una kilocaloría, pero todos están acostumbrados a llamar a las calorías que obtendrían. confundido si empiezo a hablar en términos de calorías reales.
Finalmente, hay 4184 julios en una kilocaloría. Por lo tanto, un ser humano quema un total de 4435040 julios por día, o 4,43 x 10 ^ 6 julios o 4,43 x 10 ^ 9 mj
Entonces, necesitamos obtener 4,43 x 10 ^ 9 mJ de energía de la luz solar cuando, como máximo, 3,42 x 10 ^ 8 mJ de energía llegarán a nuestra piel. Necesitaríamos una eficiencia de alrededor del 1200%
A menos que haya arruinado mis matemáticas, no creo que la fotosíntesis sea suficiente :)
Anónimo