Kosmologika - Astrobiologi - Fotosyntes & syre

Astrobiologi

Syrebaserat liv på Jorden

Livet på Jorden är baserat på syre (0₂). Vilket uppkommer ur vatten.

Liv kan även vara baserat på väte (H) eller metan (Me)^[2]. Båda dessa är mycket mindre komplexa än syrebaserat liv.

Syrebaserat liv är inte lika vanligt som metanbaserat liv^[2].

En syrefattig barndomsjord

I en planets barndom finns det inget syre i atmosfären. Allt syre är skapat efteråt av liv. Det är till och med en förutsättning för prebiotisk kemi och aminosyror att bildas att det inte finns något syre närvarande eftersom syret då oxiderar molekylerna.

Hur syre bildas

Nästan allt syre är biologiskt. Syre kan bildas på tre sätt; varav ett är det dominerande:

Den största nettokällan av syre är syrebaserad fotosyntes där växter, alger och bakterier slår sönder vatten till väte samt syre med hjälp av solljus och därefter förenar vätet och koldioxid från atmosfären till biomassa. Med syrgas som restprodukt.
Lite syre bildas när vattenånga slås upp av ultraviolett strålning. Syre blir kvar när väte, som är flyktigare, diffunderar ur atmosfären ut i rymden. Fast detta i liten skala eftersom den övre atmosfären är torr.
Det finns även en icke syrebaserad fotosyntes som sker bl a vid varma källor som baserar sig på svavel. En reversibel syreprocess används även av de flesta växter där syre används och blir koldioxid utan energi från solljus. Det är fallet för Jordens växter på natten som tar syre ur luften.

Det var föregångare till dagens cyanobakterier som stod för syreproduktionen de första miljarder åren. Dessa utvecklades till dagens cyanobakterier, som lyser blågröna i hav och sjöar, samt även till växter och bakterier. Det första syret bands upp med andra reduktantmolekyler som väte, kolmonoxid och metan.

Den stora oxidationshändelsen

En viktig händelse i Jordens atmosfärs historia är den stora oxidationshändelsen för ca 2,3 miljarder år sedan. Det gick i omgångar från några ppm syre i atmosfären till delar av en procent. Innan det var ca tre procent syre i atmosfären kunde inga större djur finnas. Vilket tog ca 580 miljoner år. Ett överskott på ca 0,2 % (nyss innan Homo Sapiens) sker dock där kol binds permanent ur koldioxid och syre frigörs.

Ozonskiktet skapas

I och med den Stora oxidationen så kunde även ozon bildas i stratosfären som skyddar mot ultraviolett ljus. Det sker genom att syre slås isär av UV-strålning och förenar sig med syrgas till ozon. Utan ozon skulle man bränna sig på tio sekunder eftersom p g a freonskandalen så finns bristande ozonskickt på polerna och bör leda till att pingviner, isbjörnar och sälar har svårt att bo där utan att få hudcancer. Eller bli blinda. Anledningen till den Stora oxidationen var en minskad konsumption av syre, från molekyler som nu var mättade. Det kan man se genom att kol-12 tas från havsvatten och man kan inte se en minskning av kol-12 i kalkstensediment från den tiden. En huvudanledning till denna var att tack vare syre i atmosfären så kunde metan vara i atmosfären och binda till sig väte som slagits ifrån vattnet. Vätet kunde diffundera ut i rymden eftersom metan kommer upp på hög höjd. Vattenånga gör det inte eftersom den kondenseras i moln på lägre höjd.

Fotosyntes

Fotosyntesen är livs främsta sätt att omvandla energi till metabolism och tillväxt. Fotosyntes hos växter är på sätt och vis ganska ineffektiv med bara 3 procent effektivitet.

Källor:
[1]: "A very short introduction to Astrobiology", David C. Catling, Oxford University Press, 2013-10-24.
[2]: BibliotecaPleyades.net: "An Andromedan perspective on Galactic history", 2002.