Perpetuum mobile po mikrobno
- Apr 6, 2018
- 3 min read
Pri prehranjevanju običajno ni možno, da hrano pojem, naredim pri tem odpadek in nato odpadek ponovno pojem, da naredim hrano. To krši cel kup fizikalnih zakonov. Perpetuum mobile pač ni možen. Hm, nekateri mikroorganizmi se temu upirajo.
V okolju brez kisika posebna skupina mikroorganizmov, metanogenci, lahko proizvaja metan. Ker je metan plin lahko z difuzijo preide v okolje s kisikom, kjer ga porabi druga skupina mikroorganizmov, metanotrofi, ki se z metanom prehranjuje. Vse lepo in prav. Kar je za en organizem odpadek je za drug organizem hrana.
Tudi v primeru, ko metan ostaja v okolju brez kisika se lahko mikrobno porabi. V tem primeru mora vlogo kisika kot oksidanta opraviti neka druga molekula. V okolju brez kiska je kar nekaj takšnih oksidantov kot so, nitrat, sulfat, ali Fe(3+). Je pa to zahteven proces, ki zahteva sodelovanje dveh mikroorganizmov tistega, ki metan proizvaja in tistega, ki metan porablja. V procesu posebne simbioze, ki jo lahko opravijo samo mikroorganizmi, imenovane sintrofija, si lahko mikroorganizma energijsko pomagata. Organizem, ki anaerobno oksidira metan, generira elektrone. Elektrone nato pošlje sulfat reducirajoči, nitrat reducirajoči ali pa železo reducirajoči bakteriji preko sistema mobilnih celičnih prenašalcev elektronov, kot so citokromi ali menakinoni. Tako dobljene elektrone nato uporabi drugi organizem za redukcijo nitrata, sulfata ali železa. Pri tem lahko oba udeležena organizma generirata dovolj protonskega gradienta za sintezo ATP in za rast. Vsak mikroorganizem zase tega ne bi uspel narediti. Vendar uporabne energije pri tem procesu ni prav veliko, zato je potrebno porabiti veliko metana za rast obeh udeleženih mikrobov.
Posebna metabolna strategija, ki so jo ubrali nekateri mikrobi, omogoča tem mikroorganizmom, da anaerobno oksidirajo metan do ogljikovega dioksida in vodika. Metabolna pot, ki jo pri tem uporabijo je zelo podobna tisti, ki jo izrabljajo metanogenci, ki delajo metan iz vodika in ogljikovega dioksida. Encimi pri reverzni metanogenezi so zelo podobni encimom, ki jih uporabljajo organizmi, ki delajo metan. To je presenetljivo, saj to pomeni perpetum mobile ali neksončno kroženje med ogljikovim dioksidom in metanom, kar najodločneje prepoveduje drugi termodinamski zakon. Kako je to mogoče?
Izkaže se, da takšnega kroženja ne moremo dobiti v istem organizmu ampak v dveh različnih, ki pa imata skoraj identične komponente. Pri metanogencu komponente omogočajo nastanek metana. Pri reverznem metanogencu pa manjaka ključni encim, ki vodik dodaja na ogljikov dioksid in zaradi tega metanogeneza ni možna. Je pa pri tem organizmu možna metabolna pot pri kateri iz metana nastaja ogljikov dioksid in vodik. Da to lahko funkcionira mora imeti tak organizem možnost oddajanja elektronov v okolje. To lahko naredi s sintrofijo, v simbiozi s sulfat reducirajočimi bakterijami, železo oksidirajočim bakterijam ali nitrat oksidirajočimi bakterijami.
Vsaj ena skupina Candidatus Methanoperedens nitroreducens pa vsebuje vse potrebne encime za popolno reverzibilno metanogenezo. Še več oksidacijo metana lahko vrši brez brez sintrofije, brez sodelovanja z drugimi mikroorganizmi. Seveda mora imeti način, kako se znebi viška elektronov. Ko poteka reverzibilna metanogeneza elektrone oddaja na nitrat in pri tem nastaja nitrit. Pri tem organizmu je prišlo do sklopitve funkcij dveh organizmov v enem samem. Trenutno še ni poznano ali lahko isti organizem vrši metanogenezo in reverzno metanogenezo v isti celici, kar bi perpetuum mobile zahteval.
In za konec kar ni uspelo metonegencem je uspelo nekaterim acetogencem. Pri njih pa je možno, odvisno od pogojev v okolju, v istem organizmu doseči popolno reverzibilnost procesa. Organizem lahko pri pogojih, ko ima na voljo vodik in ogljikov dioksid, naredi acetat. Če pa je v okolju prisoten metanogeni organizem, pa lahko oksidira ocetat do ogljikovega dioksida in vodika, ki ga porablja metanogenec. Hm, to se zdi skoraj popolni perpetuum mobile.
To je naravnost čudovito, saj mikrob prevara celo drugi termodinamski zakon. Kaže kako blizu ravnovesja lahko delujejo nekateri procesi pri mikrobih. Proces se namreč lahko odvija v eno ali drugo smer popolnoma svobodno. Ravnovesje ali reverzibilnost je za organizem izjemno velik problem in pomeni gotovo smrt. V ravnovesju namreč ni možno opravljati dela. To da lahko mikrobi iz hrane naredi odpadek in se z njim prehranjuje je izjemno. Pomeni večen, neprekinjen tok brez zunanjega vira energije. Pomeni nesmrtnost! Vsaj pri nekaterih mikrobih se torej zdi, da lahko prevarajo smrt. Bravo za mikrobe. Vendar kot bi pripomnil fizik vrag v termodinamiki je vedno v podrobnostih. In če nekoliko pomislimo drugi termodinamski zakon še vedno velja. Opaziš kako?
This is such a fascinating read! It’s amazing how microbes can basically flip the script on thermodynamics. This tool is perfect for printing out cool science diagrams or posters for a classroom project. rasterbator makes it super easy to turn any image into a big wall art piece using just a regular printer.
This is fascinating stuff — microbes that seem to pull off a perpetual motion trick, cycling food and waste in ways that bend the rules of thermodynamics. It’s like they’ve found a loophole in death itself, yet the devil’s still in the details. The way syntrophy and reversible pathways blur the line between life and equilibrium is both eerie and brilliant. For a world that feels this bizarre, it deserves a spot among cursed images — nature’s strangest creations always find a home there. Bravo to the microbes for outsmarting physics, at least for now.
This is a fascinating dive into microbial metabolism, showing how some organisms seem to cheat the second law of thermodynamics. The idea of reversible methanogenesis and syntrophy blurring the line between food and waste is mind-bending. It reminds me of the clever logic puzzles in the arrow puzzle, where every solution seems to defy expectation until you see the trick. Bravo to the microbes for finding a loophole in death itself!
The concept of microbial symbiosis is intriguing, especially how methanogens and methanotrophs create a cycle of energy from methane. This interplay of life forms highlights the delicate balance in ecosystems. It reminds me of the synergy found in collaborative projects, where each participant contributes to a greater goal, much like how microbes work together. If you're curious about creating unique visuals inspired by such dynamics, you might explore AI Miniature Generator.
The concept of microbial symbiosis is truly captivating, especially how organisms like methanogens and methanotrophs interact to recycle methane. It’s fascinating to think about how these tiny life forms can create a near-perpetual cycle of energy without external inputs. This reminds me of cooperative gameplay in Apostate Verity, where teamwork can lead to sustainable success. The parallels between biology and collaborative strategies are striking!