真的是“所有地球上的生命来自太阳的能源”?多少生物质不是来源于光合作用?

Question

在帮助我的儿子和他的大学生物学我跑过一些语句根据更新的数据,我认为是错误的。版权是2017所以它反映最新的知识。

这让下面的断言”地球上所有生命的能量来自太阳”

我们知道这不是真的,因为extremeophiles茁壮成长在替代能源观察在深海火山口地下没有阳光可以穿透和环境。

事实上,这是猜测,地下生物量大于熟悉的生物量的地球表面。最近的估计是什么大小的生物量不得到它从光合作用的能源来自食物链?

Answer 1

就像你说的,有机体的存在生活的化合物驱逐热液喷口(化能自养生物),立即呈现句子”地球上所有生命的能量来自太阳“作为一个近似。然而,一些近似相当适合所有实用目的。然而,这个近似(即使右),有一些深刻的影响评估时生活在其他天体的可能性,就像木星的卫星欧罗巴,这是一种关注,通过它我介入到这个话题。

首先,有一个很重要的区别对于你的问题,这是真的

生物质,没有它的能量来自光合作用

当你描述它。但这是非常不同于“地下生物量”。特别是,以下你提到的句子:

…推测,地下生物量大于熟悉的生物量的地球表面。

是指生物质在土壤(即根,真菌,细菌,节肢动物,等等),这确实是非常大的。你也可能包括深海生态系统。但在所有这些情况下,使用的能源生物起源的光合作用,最终被太阳。能源得到那些地下生态系统的形式埋藏有机质或死亡海雪。一些工作假设其他大规模地下生态系统生活海洋地壳深处,托管也许全球生物量的1/2到2/3。然而,所指出的惠特曼等人。(1998)(上面的图源):“现有证据表明,大多数的地下生物量是由有机质沉积的表面”。因此,它将构成一个更多的光合成支持生态系统。

这是说,你的问题的核心“什么是生物量的大小不它的能量来自光合作用吗?”这可以归结为:全球的分数是什么净初级生产来自chemosinthesis吗?。

我不知道任何分数的估计,但计算上限应该很简单,至少有多好是说的近似“所有的生命能量来自太阳”,并可能对全球生物化学合成多么重要最多。让我们处理一些数字:

首先考虑有多少能量用于化学合成。要做到这一点需要注意的是,没有生物可以得到它的能量来自地球内部的能量梯度,所以不是可用的能量地球内部的热量平衡。相反,它对应的能量提供给生命以化合物的形式,来自地球内部。根据Gaidos et al。在最活跃的深海热液喷口字段,它对应于0.157 MJ / m ^ 2年美元(读为兆焦耳每年每平方米)。同一篇论文指出

相比之下,在上层海洋初级生产相当于生物能量通量∼315.36 MJ / m ^ 2年美元,这是只有0.01%的总能量可以在阳光下。

然而,上层海洋生态系统营养是有限的,因此在热液喷口效率可能更高。也许最有效的生态系统是热带雨林,效率在几个百分比的顺序(~ 1 - 3%)。我们正在寻找一个上限,假设在热液喷口的生态系统有一个10%的效率。这让我们有0.016 MJ / m ^ 2年美元将有机物质。

现在:一公斤有多少能量的有机物?不同,但考虑到我们的目标是一个上限一个合理的(低)典型值是~ 10美元MJ美元/公斤。

我们也需要知道表面的热液喷口。再次的目标上限,假设所有的大洋中脊上面引用的能量可用性(指的是最活跃的深海热液喷口字段)。与80000公里的大洋中脊,~ 15公里宽,我们有大约1.2美元\ * 10 ^ {12}$ $ m ^ 2美元。记住,看全球分布已知的热液喷口在下面的图中,这是最有可能大规模过高:

把所有在一起,我们为化学合成的生物质能将上限:

$ \压裂{0.016 MJ / m ^ 2年\ \ 1.2乘以10 ^ {12}m ^ 2} {10 MJ /公斤}= 1.92美元\ * 10 ^ 9公斤/年

现在,如果我们比较的1.7美元\ * 10 ^{14}公斤/年$这是光合作用产生的初级生产者。我们得到了化学合成生产最多0.001%的生物量。

也可以说,化学合成发生在热液喷口。但这些其他地方,像喷泉和温泉,要小得多。提出了其他更广泛的化学合成的生态系统,比如煤泥(地下Lithoautotrophic微生物生态系统),但即使他们存在广泛的地区,他们的工作效率将会非常小。

总而言之,这将是更正确的说,“超过99.999%的地球上的生命来自太阳的能量”。鉴于所有的估计我们做了,我不会感到惊讶如果更详细的计算将增加一些额外的“9”这个数字。