Жизнепригодные планеты с экзотическими условиями

[Константин ВАРБ]

Итак. Представим себе суперземлю массой 3-5 земных. Получает эта суперземля тепла ( но не света) столько же или больше чем земля. Пускай там будет давление около 15-20 атм. и температра 200С . Что мешает зародиться и развиваться жизни при таких условиях ? На земле в архейский период были условия схожие.

Если взять антропный принцип то для земной жизни самое оно, правда температура великовата, градусов до 40 скиньте. Да и как 15-20 атмосфер при такой температуре, там же гравитация не более 1,7 земной? И эволюция там будет бежать быстрее и разнообразней.

[Константин ВАРБ]

То скорее всего она азот и углекислый газ (при наличие большого избытка водорода) из атмосферы съест, данные реакции могут служить источником энергии (вторая даже используется рядом известных микроорганизмов-метаногенов).

ВАЖНО!
Возможно использовать как маркер водородного дыхания местной биоты.

[Rattus]

Земная жизнь пошла по пути лёгкости разрыва хим. связей (и неслучайно) - сначала добавив кислород и получив всякие полисахариды, а потом - азот и получив ещё более гибкие и подвижные белки. Никому не нужны ваши сверхпрочные молекулярные структуры. Всё с точностью до наоборот.
Т.е. для такой чистоуглеродной жизни понадобится очень существенная разница потенциалов (энергия). Но таковой обычно не имеется в местах с температурой в тысячи градусов.

Именно так - о чём я и писал у себя в статье: принцип "Лего", активно разрабатывающийся сейчас, кстати в рамках направления, именуемого "клик-химия".

у него всё равно есть края (ну у фульверена конечно нет), и там уже интереснее.

Это не Лего, а деревянные игрушки, прибитые к полу. Если из них и можно сделать хоть что-то кодирующее, размеры будут таковы, что ни о какой молекулярной машинерии, необходимой для репликации свыше порога Эйгена говорить не приходится. Это же соображение хоронит и дрекслеровский "механосинтез".

ну то же можно сказать и про молекулу РНК и белки...

Нет - совершенно не то же:
1. Белки не требуют сколь-нибудь значительного перепада физических условий для своего ресинтеза. Чего можно достигнуть только Лего-образной модульностью, но никак не "цельным литьём".
2. Молекулярные машины из них во многом работают на тепловом броуновском движении. Причём не только в межмолекулярных, но и во внутримолекулярных процессах (если теория В.Аветисова верна), тогда как никаких чисто механических репликаторов сконструировать никому допрежь не удалось (хотя общий принцип известен со времён фон Неймана).

Сможет ли жизнь использовать какие-либо другие окислители

Таблица электроотрицательностей наложенная на график распространенности элементов говорит о том, что всё остальное - либо существенно хуже, либо гораздо реже.

например тот же гептил?

Судя по его отсутствию в известном космосе - весьма малостабилен в естественных условиях - молекулярный кислород, хотя и в небольших количествах, но вполне встречается абиогенный.

[Инопланетянин]

Судя по его отсутствию в известном космосе

Посмотрел формулу - водород, азот, углерод. Состав окислителя - кислород, азот. https://ru.wikipedia.org/wiki/1,1-%D0%94%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BB%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B8%D0%BD          https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%B0
Растения точно не смогут в себе это накапливать? Если нет, то водородная планета возле Сатурна солнцеподобной звезды будет представлять скучный и вялый мир одноклеточных анаэробов.

[Константин ВАРБ]

Растения точно не смогут в себе это накапливать? Если нет, то водородная планета возле Сатурна солнцеподобной звезды будет представлять скучный и вялый мир одноклеточных анаэробов.

Есть же и аноксигенный фотосинтез, и кроме того жизнь на хемосинтезе вовсе не столь уж и бедна: арктические и антарктические моря тому пример.
Кроме того на планетах с массивными атмосферами возможен особый тип жизни "манны" которые перемещаясь в атмосферных слоях с потоками могут получать энергию различными способами.

[Nucleosome]

А то на одном только анаэробе будет очень грустно и скучно.

ну это зависит от того, сколько будет материала - в конеце концов важно только улавливать свет и превращать его в энергию связей органических соединений. у нас, при малом кол-ве водорода, кислород - самый лучший посредник в этом деле, а на описанной планете - то есть восстановительного характера, будет метаногенез или что-то похожее.

Если из них и можно сделать хоть что-то кодирующее, размеры будут таковы, что ни о какой молекулярной машинерии, необходимой для репликации свыше порога Эйгена говорить не приходится. Это же соображение хоронит и дрекслеровский "механосинтез".

ну как бы поверхности, изогнутые соотвественно может что-то и смогут сделать, хотя с большими размерами, да. и будет там что-то совсем ни на что не похожее, это конечно всё голая фантазия, но я и не представлял себе исходно нечто вроде чистого углерода - потому речь и про края... то есть - чтобы было яснее - наша жить основана на одиночных связях, а где надо усилить (как пептидная связь) - полуторные, реже двойные. эта форма будет на полуторных, а локально - двойные и тройные. это и придаст устойчивость к температуре.

Растения точно не смогут в себе это накапливать?

какие растения? афтотрофы наверное

Таблица электроотрицательностей наложенная на график распространенности элементов

распространённости... где? откуда знать про неё на такой планете? а то, что кислород - третий элемент Вселенной, так то мало о чём говорит применительно к планете - водорода вон вообще - через край, а у нас тут - кот наплакал.

Белки не требуют сколь-нибудь значительного перепада физических условий для своего ресинтеза.

это потому что есть рибосомная машинерия

Есть же и аноксигенный фотосинтез, и кроме того жизнь на хемосинтезе вовсе не столь уж и бедна: арктические и антарктические моря тому пример.

хемосинтез там не при чём - в этих морях просто много кислорода.

Если нет, то водородная планета возле Сатурна солнцеподобной звезды будет представлять скучный и вялый мир одноклеточных анаэробов.

одноклеточных это трудно сказать, анаэробов однозначно да, но в таких условиях это большой плюс, а вот то, что она будет медлительной - то однозначно, потому что поток энергии в сотню раз ниже

[AlexAV]

А то на одном только анаэробе будет очень грустно и скучно.

В тех условиях очевидно будет распространено водородное дыхание, который всё же намного эффективнее гликолиза, хотя и сильно хуже кислородного.

Т.е. в реакции (кислородный вариант) С6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O выделяется 2802 кДж энергии на 1 моль глюкозы.
В водородном варианте С6H12O6 + 12H2 = 6CH4 + 6H2O - 950 кДж энергии на 1 моль глюкозы.
А при молочнокислом брожение (распространённый тип анаэробного метаболизма) С6Н12О6=2СН3СНОНСООН только 74 кДж на 1 моль глюкозы.

Т.е. хотя водородное дыхание и даст на единицу органического вещества в 3 раза меньше энергии, чем кислородное, но это всё равно будет в 12 раз больше, чем при гликолизе. Возможно и этого хватит для возникновения сложных форм жизни.

например тот же гептил?

Кстати производные гидразина некотрые живые организмы действительно накапливают как резервный источник энергии, скажем грибы рода Gyromitra. 

другие окислители или просто ёмкие концентраторы энергии, например тот же гептил?

В условиях водородной атмосферы возможно будет накапливаться как резервный источник энергии не восстановитель (органическое вещество, производные гидразина и т.д.), а сильный окислитель (перекись водорода, органические пероксиды, нитросоединения и т.д.), ведь хороший восстановитель у нас всегда под рукой.

Скажем при реакции перикиси водорода с водородом:

H2O2 + H2 = 2H2O выделяется 296 кДж на 1 моль перекиси (или 8,7 МДж/кг), что уже более соизмеримо с глюкозой при кислородном дыхание (15,6 Мдж/кг), хотя всё равно меньше.

Ну или тетранитрометан:

C(NO2)4 + 16H2 = CH4 + 4NH3 + 8H2O

Здесь получится 11,2  МДж/кг.

В биосинтезе и накопление той же перекиси (или даже тетранитрометана) живыми организмами ничего невероятного невидно.

Если нет, то водородная планета возле Сатурна солнцеподобной звезды будет представлять скучный и вялый мир одноклеточных анаэробов.

С энергетикой в водородном мире у живых организмов будет похуже, чем в кислородном. Но не факт, что это отличие в 1,5-3 раза (в зависимости от того какой путь метаболизма и резервные соединения-накопители энергии выберут в той биосфере) будет иметь такие уж катастрофические последствия для формирования сложных организмов.

[Константин ВАРБ]

С энергетикой в водородном мире у живых организмов будет похуже, чем в кислородном.

Но практически ненужность органов дыхания позволяет более эффективно преобразовывать энергию.

Есть же и аноксигенный фотосинтез, и кроме того жизнь на хемосинтезе вовсе не столь уж и бедна: арктические и антарктические моря тому пример.

хемосинтез там не при чём - в этих морях просто много кислорода.

Там не только кислорода много. Но то что основа хемосинтез читал несколько работ. Правда давно. То что это так показывает хотя бы тот факт что жизнь в них полярной ночью не замирает.

[Инопланетянин]

С энергетикой в водородном мире у живых организмов будет похуже, чем в кислородном. Но не факт, что это отличие в 1,5-3 раза (в зависимости от того какой путь метаболизма и резервные соединения-накопители энергии выберут в той биосфере) будет иметь такие уж катастрофические последствия для формирования сложных организмов.

Хорошо. Осталось рассчитать массу для удержания водорода. Видимо, меньше любого газового гиганта, но больше Земли в несколько раз. Сверхземли 7-9 м. земли хватит?

[библиограф]

В биосинтезе и накопление той же перекиси (или даже тетранитрометана) живыми организмами ничего невероятного невидно.

C синтезом и хранением перекиси  у живых организмов всё в порядке - жук-бомбардир
нарабатывает и хранит 20% Н2О2!
http://www.zoopicture.ru/zhuk-bombardir/
А вот с природными нитросоединениями дела обстоят неважно, проще говоря, синтез
тетранитрометана in vivo невозможен...

[Vavanzer]

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%82%D0%B0
Растения точно не смогут в себе это накапливать? Если нет, то водородная планета возле Сатурна солнцеподобной звезды будет представлять скучный и вялый мир одноклеточных анаэробов.

Чайницкий вопрос.. Существуют ли многоклеточные анаэробы?

Хорошо. Осталось рассчитать массу для удержания водорода. Видимо, меньше любого газового гиганта, но больше Земли в несколько раз. Сверхземли 7-9 м. земли хватит?

Не забываем что расчитываем для обитаемой зоны, и что это будет "камешек", а не газовый гигант на задворках системы, где даже Луна имела бы атмосферу)))

7-9 масс там g и давление будут не децкими...
А может и вообще получим типичный "нептун",т к гравитация насобирает много водорода в процессе образования... сравнимо с массой "камня".

[Vavanzer]

Если водорода будет мало по отношению к массе планеты, то его ждет судьба СО2-шной атмосферы. Будет пожран веществом планеты.

...тут более вероятна гелиевая атмоссфера. Гелия море, второй по распространенности, плюс при ядерном распаде образуется постоянно. И ни с кем не реагирует.

Причем гелиевая атмосфера выгодна соотношением плотность/давление. Будет заметно легче при той же концентрации. Эт по сравнению с азотной углекислой и др. атмосферами,кроме водородной.

[AlexAV]

Если водорода будет мало по отношению к массе планеты, то его ждет судьба СО2-шной атмосферы. Будет пожран веществом планеты.

Списочек минералов взаимодействующих с водородом при нормальных условиях не предоставите?

Вообще это полная чушь. Нет вещества в литосфере, которое может поглощать водород при умеренном давление и нормальной температуре, в принципе нет (в отличие от углекислого газа, который действительно поглощается в присутствии жидкой воды силикатами и алюмосиликатами).

[Константин ВАРБ]

Списочек минералов взаимодействующих с водородом при нормальных условиях не предоставите?

Я водородную атмосферу на планете в зоне жизни в 0,1 МПа не представляю.
У нас по условию задачи 1,5-2 МПа    что тоже сильно занижено для реальности.
Вот авторы утверждают
http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vodorodosoderzhaschey-sredy-pri-vysokih-temperaturah-i-davleniyah-na-povedenie-metallov-i-konstruktsiy-iz-nih
по сабжу второй параграф : Низкотемпературное наводороживание.
до 200 С (сабж)

Переводя на нормальный язык: за относительно короткий геологический период водород равновесно насытит кору всеми элементами входящими в атмосферу и гидрогенизирует её.
И в атмосфере мы будем соответственно наблюдать весь спектр летучих соединений с водородом.

[AlexAV]

Вот авторы утверждают
http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vodorodosoderzhaschey-sredy-pri-vysokih-temperaturah-i-davleniyah-na-povedenie-metallov-i-konstruktsiy-iz-nih
по сабжу второй параграф : Низкотемпературное наводороживание.
до 200 С (сабж)

Это физическое растворение водорода в некоторых металлах (особенно металлах подгруппы железа и платиновых), химического взаимодействия при этом между ними не происходит.

Но проблема только в том, что в литосфере свободных металлов практически нет, не в чем ему там даже растворяться (хотя даже если бы и были... эта растворимость выраженная в массовой доле водорода весьма невелика, хотя на механические свойства материала действительно влияет достаточно существенно). А с силикатами водород не только не реагирует, но даже практически не растворяется в них.

 

и гидрогенизирует её.

Нет, не гидрогенизирует. Это просто термодинамически невозможно, нестабильны эти гидриды и не могут образовываться при непосредственном взаимодействие водорода с силикатами. А вот наоборот всякие силаны, гидриды алюминия и т. д. прекрасно взаимодействуют с водой с образованием свободного водорода и оксидов (или гидрооксидов) соответствующих элементов.

[Nucleosome]

Т.е. хотя водородное дыхание и даст на единицу органического вещества в 3 раза меньше энергии, чем кислородное, но это всё равно будет в 12 раз больше, чем при гликолизе. Возможно и этого хватит для возникновения сложных форм жизни.

так глюкозы там скорее всего не будет - она получается у нас поглощением углекислого газа из атмосферы - то есть восстановлением оксида используя или свет или чего хемо-, чтобы потом окислить снова - высвободив эту энергию. то есть там они должны будут брать восстановленные формы - как метан, окислять их немного и снова восстанавливать до метана. при этом сколько энергии вмещается в моль такого вещества не важно - это только ёмкость носителя - то есть при меньшим её значении поток вещества будет немного больше. в случае же с гликолизом тут на Земле речь идёт о низком извлечении запасённой энергии.

синтез
тетранитрометана in vivo невозможен...

это нашими организмами. а там совсем другая база биохимии

То что это так показывает хотя бы тот факт что жизнь в них полярной ночью не замирает.

полярная ночь на Южные моря почти не распространяется - Антарктида почти всё место занимает, а на севере лёд там... подо льдом конечно есть что, но и летом они тоже не лопухались, а накапливали то, что будут кушать зимой.

[Инопланетянин]

...тут более вероятна гелиевая атмоссфера. Гелия море, второй по распространенности, плюс при ядерном распаде образуется постоянно. И ни с кем не реагирует.

А гелий парниковый газ? Суть водорода именно в том, что он хороший парниковый и не вымерзает при сатурнианский температурах. Кстати, я так и не понимаю, почему на Титане всего этого, что мы тут обсуждаем нет.

[AlexAV]

почему на Титане всего этого, что мы тут обсуждаем нет.

Атмосфера Титана состоит преимущественно из азота с небольшой примесью метана, а речь об атмосфере с преобладанием свободного водорода в форме H2, а такую атмосферу Титан удержать принципиально не способен.

[AlexAV]

Кстати вот график зависимости минимального давления водородной атмосферы для достижения температуры в 280 К на поверхности от расстояния до звезды (G-звезда здесь - звезда такая же как Солнце).

[Vavanzer]

Но проблема только в том, что в литосфере свободных металлов практически нет, не в чем ему там даже растворяться (хотя даже если бы и были... эта растворимость выраженная в массовой доле водорода весьма невелика, хотя на механические свойства материала действительно влияет достаточно существенно). А с силикатами водород не только не реагирует, но даже практически не растворяется в них.

Сейчас, после 4 миллиардов лет "форы" нет. Потому что отреагировались. А раньше были. Метеориты железоникелевые до сих пор падают.

Кстать еще и фактор массы и веса не забываем. Земная атмосфера выдаст там 5-10 атмосфер при той "толщине" или массе столба  с равным сечением. Это значит там должно быть эквивалент 0.2-0.1 земной атмосферы, т.е разреженная атмосфера, которая давит за счет гравитации, что для крупной планеты видится с большим трудом...

По умолчанию, у крупных планет внутреннего тепла значительно больше, геологические процессы активнее, кора тоньше, горы ниже. Пополнение атмосферы газами будет намного интенсивнее.
В целом она захватит больше легких элементов в момент рождения благодаря гравитации. В т.ч водорода.
   Есть вероятность что начиная с определенного размера, мы получим планеты с пожизненно мощной атмосферой в 100-1000 атм., не спасет ни вода, ни удаление от звезды.