Kann man Tiere einfach vergrößern?

Es gab eine Reihe von Fragen, die sich auf Fabelwesen konzentrierten, bei denen der logische Ansatz zur Beantwortung darin bestand, ein vorhandenes Tier zu vergrößern. So lassen sich beispielsweise Drachenflügel von anderen fliegenden Tieren ableiten oder die Geschwindigkeit eines insektoiden Lebewesens von Insekten unserer Welt.

Die Evolution hat jedoch bewiesen, dass Tiere sich nicht einfach vergrößern und verkleinern, Säugetiere nicht über eine bestimmte Größe hinauswachsen, es sei denn, sie leben ausschließlich in den Ozeanen. Insekten werden nicht mehrere Meter lang.

Ich glaube, dass andere Verhältnisse wie Kraft/Gewicht und Volumen/Hautoberfläche ins Spiel kommen, wenn es darum geht, ob Kreaturen in größerem Maßstab weiter überleben, sich bewegen/fliegen und warm/kühl bleiben können.

Habe ich recht? Ist es eine zu starke Vereinfachung zu sagen: "Ein Vogel mit einer Länge von A hat eine Flügelspannweite von B, daher muss ein Drache mit einer Länge von C eine Flügelspannweite von D haben"? Welche anderen Faktoren spielen eine Rolle, wenn echte Kreationen hochskaliert werden, um neue zu simulieren?

Sie wissen, dass dies fast ein Metathema darüber ist, ob dieses Antwortmodell funktioniert ...
Ich weiß, dass ich kürzlich einen Artikel in einem populärwissenschaftlichen Magazin gesehen habe, der sich genau damit befasste. Mal sehen ob ich es am Wochenende finde. In der Zwischenzeit war das Wesentliche, dass man Tiere nicht einfach in der Größe vergrößern kann, IIRC, weil die Belastungen, die auf verschiedene Körperteile ausgeübt werden, um das Gewicht bestimmter Körperteile zu tragen, zusammen mit der Fähigkeit dazu zu einem begrenzenden Faktor werden Sauerstoff anreichern und das Blut zirkulieren lassen.
Ich schlage vor, „On Being the Right Size“ von JBS Haldane zu lesen: irl.cs.ucla.edu/papers/right-size.html

Antworten (4)

Sie können sie bis zu einem gewissen Grad skalieren, aber es gibt viele einschränkende Faktoren.

Gewicht

Die Hauptsache ist die Gewichtszunahme – Knochen und Fleisch und Sehnen und Muskeln, und seien sie noch so dick, können nur ein begrenztes Gewicht bewältigen. Schließlich kann sich die Kreatur einfach nicht gegen die Schwerkraft stützen.

Dies ist einer der Gründe, warum sehr große Tiere dazu neigen, im Wasser zu leben, die Unterstützung durch Wasser reduziert diese Probleme.

Hinzu kommen allerdings Skalenprobleme. Wenn Sie die Größe eines Tieres verdoppeln, passieren folgende Dinge:

  • Die Knochen werden doppelt so dick (vierfacher Querschnitt).
  • Das Tier wird achtmal so schwer (wie es doppelt so breit, doppelt so hoch und doppelt so lang geworden ist).

Dies ist als Quadratwürfelgesetz bekannt .

Sie können sofort sehen, dass dies nicht nachhaltig ist, Sie tragen 8-mal so viel Gewicht mit 4-mal so viel Knochen.

Bis zu einer gewissen Größe können Sie dies ausgleichen, indem Sie die Knochen proportional dicker, die Muskeln kräftiger, die Beine kürzer machen. Vergleichen Sie zum Beispiel die Proportionen eines Elefanten und eines Pferdes. Schau dir an, wie viel dicker die Beine eines Elefanten sind.Elefantenbeine - Quelle: Wikipedia Pferdebeine - Quelle: Wikipedia

Ab einer gewissen Größenordnung geht das einfach nicht mehr, also muss man die Festigkeit des Knochenmaterials erhöhen – was andere evolutionäre Kosten hätte und noch begrenzt ist – oder das Design der Kreatur grundlegend ändern. Zum Beispiel würden mehrere Beine an einem langen und dünnen Körper das Gewicht tragen, aber es stellt sich die Frage, wozu der lange und dünne Körper gut ist. Gibt es einen evolutionären Vorteil, all diesen zusätzlichen Körper herumzuschleppen und zu stützen? Wenn ein solcher Vorteil nicht gefunden wurde, würden die Kreaturen niemals länger wachsen als nötig.

Blutdruck

Wenn Tiere größer werden, wird es immer schwieriger, Blut herumzupumpen und es dorthin zu bringen, wo es sein muss. Das Herz muss größer werden und härter arbeiten, oder Sie müssten mehrere Herzen haben und synchronisieren.

Giraffen zum Beispiel haben beide den doppelten Blutdruck und spezielle Nackenmuskeln, die den Blutfluss zum Gehirn aufrechterhalten. Dies ermöglicht es ihnen, bei Bewusstsein zu bleiben, selbst wenn sie ihren Kopf zum Trinken auf den Boden legen und ihn dann zum Fressen in einen Baum heben.

Reflexe

Es braucht Zeit, bis Signale entlang der Nerven wandern, die allerschnellsten senden Signale mit 400 km/h, aber die meisten sind viel langsamer. Wenn ein Tier zu groß wird, gibt es eine beträchtliche Zeitverzögerung zwischen Stimulus und Reaktion. Entweder das, oder Sie brauchen lokalisierte Entscheidungszentren und an diesem Punkt müssen Sie anfangen zu entscheiden, ob Sie immer noch eine Kreatur mit mehreren Gehirnen und Herzen oder eine Kolonie separater, aber voneinander abhängiger Kreaturen haben.

Hitze

Eine weitere Folge des Squre-Cubed Law ist die Erwärmung. Die größten Säugetiere haben große Ohren und müssen sich oft ausruhen oder ins Wasser gehen, um eine Überhitzung zu vermeiden, während die kleinsten Säugetiere fast ständig essen und sich bewegen müssen, damit ihre Körpertemperatur nicht zu niedrig abfällt. Dies liegt daran, dass die Oberfläche des Körpers, die Wärme verliert, basierend auf dem Quadrat der Größe zunimmt, während das Volumen des Körpers, das Wärme erzeugt, basierend auf der dritten Potenz der Größe zunimmt.

Gute Antwort! Apropos Giraffen, ich liebe das Faktoid Recurrent Larynx Nerve en.wikipedia.org/wiki/…
Es ist der Querschnitt, nicht der Durchmesser, der für die strukturelle Festigkeit wichtig ist. Das Verdoppeln der linearen Abmessungen ergibt das 8-fache der Last und das 4-fache der Kraft, um es zu unterstützen, nicht das 2-fache. Die Last wird immer noch schneller größer als die Kraft, aber nicht so viel, wie Sie gesagt haben.
@smithkm Du hast natürlich Recht, das wurde behoben.
Wärme nicht vergessen. Die größten Säugetiere haben große Ohren und müssen sich oft ausruhen oder ins Wasser gehen, um eine Überhitzung zu vermeiden, während die kleinsten Säugetiere fast ständig essen und sich bewegen müssen, damit ihre Körpertemperatur nicht zu niedrig abfällt.
Und Essen / Verpflegung. Je größer die Kreatur, desto mehr braucht sie, um sich selbst zu erhalten. Wenn die Nahrungsquelle der Kreaturen nicht schnell genug aufgefüllt werden kann, werden sie nicht überleben.
Kommen wir zur "Hitze"-Antwort: Denken Sie daran, wenn es zu massiv wird, werden der Druck und die Hitze so groß, dass es seine eigene Schwerkraft erzeugt und einen geschmolzenen Kern hat. Nun, DAS wäre ein tolles Tier.
@ Tim B, also kann Godzilla nicht existieren. Zumindest nicht auf der Erde. Ist das also die Antwort darauf, riesige Tiere/Kreaturen zu haben? Dass Sie ihre Umgebung ändern müssen, um die viel größere Größe zu ermöglichen?
@Len Denken Sie nur an die Szene, in der das Monster ein Gebäude zertrümmert oder eine Brücke zerschmettert. Dieses Gebäude besteht aus Beton und Stahl, und doch schlägt der Schwanz oder das Bein des Monsters oder was auch immer direkt durch, ohne Schaden zu nehmen. Wie stark müssen also die Materialien sein, aus denen das Monster besteht? Die Materialien sind einfach nicht vorhanden.
@TimB, natürlich. Und das Gewicht des Monsters wäre so groß, dass es sich nicht bewegen könnte, selbst wenn es jemals so groß werden könnte. Aber wie gesagt, was wäre, wenn die Umgebung anders wäre, zum Beispiel: Geringere Schwerkraft, Umgebung aus weniger dichten Materialien usw.
@Len Eine geringere Schwerkraft hilft ebenso wie ein erhöhter Auftrieb (dh unter Wasser). Die Schwerkraft ist jedoch linear, Sie treffen immer noch auf das Quadratwürfelproblem, Sie können einfach größer werden, bevor Sie an die Grenze stoßen.

Um die Antwort von Tim B zu ergänzen, anstatt damit zu konkurrieren:

Augen:

Augen skalieren im Allgemeinen nicht mit dem Rest eines Tieres. Wenn Sie eine Maus untersuchen, hat sie Augen, die proportional größer sind als die einer Katze, die proportional größer sind als die eines Menschen, die proportional größer sind als die eines Wals. Augen haben eine optimale Größe, oberhalb der es keinen signifikanten Vorteil bei einer weiteren Größenzunahme gibt, wenn sie jedoch kleiner als das Optimum ist, ist jede Größenzunahme signifikant.

Ja, das ist ein guter Punkt. Die Größe der Augen hängt hauptsächlich mit den Lichtwellenlängen zusammen, die sie zum Fokussieren benötigen.
Der Vorteil großer Augen ist die Fähigkeit, mehr Licht zu sammeln, dh an dunklen Orten gut zu sehen. Eulen, Lemuren und am spektakulärsten der Riesenkalmar. Wale haben kleine Augen, weil sie mit Sonar in die Tiefe „sehen“.

Insekten mehrere Meter groß

Libellen konnten vor 300 Millionen Jahren eine viel größere Flügelspannweite haben (dank eines viel höheren Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre, plus warm wie heute am Äquator), Tiere können tatsächlich ziemlich groß skaliert werden.

In diesem Fall bestanden die limitierenden Faktoren darin, dem Organismus genug Sauerstoff zuzuführen, um sich selbst zu erhalten, und ihn mit genügend Wärme zu versorgen, um seine Funktionen aufrechtzuerhalten.

Aber das Scaling up stieß hier an seine Grenzen in der Sauerstoffversorgung des Gewebes (obwohl der freie Sauerstoff um ein Vielfaches höher war als jetzt), ebenso wie das Wachstum beweglicher Organismen durch die Schwerkraft und die Fähigkeit einer Pumpe (Herz) genug zu verteilen, begrenzt ist Sauerstoff in der Biomaterie, damit sie am Leben bleibt.

Wenn ein Riese existieren würde, würde er an der Tatsache sterben, dass sein Herz, das sich beeilt, Blut in seinen Kopf zu pumpen, platzen würde, wenn es versuchen würde, sich der Anziehungskraft des Planeten zu widersetzen. Nur auf einem Planeten mit schwächerer Gravitation könnten solche Gigantismen beobachtet werden.

http://en.wikipedia.org/wiki/Meganeura

Spannweite bis 65 cm = etwas mehr als 2 Fuß. NICHT mehrere Meter, wie der von Ihnen bereitgestellte Link widerlegt.
Kleinere Insekten wie Fliegen und Bienen haben einen Flugmechanismus, der darauf basiert, mit ihren Flügeln Wirbel in der Luft zu erzeugen. Das lässt sich überhaupt nicht gut skalieren.
"Mehrfach" höhere Sauerstoffraten vor 300 Millionen Jahren passen nicht wirklich zu dem Diagramm der geologischen Geschichte des Sauerstoffgehalts in der Erdatmosphäre auf Wikipedia ( Geologische Geschichte des Sauerstoffs ), das darauf hinweist, dass der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre bei etwa 35 seinen Höhepunkt erreichte % im Vergleich zu 21 % heute. 1,6-1,7x ist sicherlich ein signifikanter Unterschied, aber kaum "mehrfach".

Ich würde vorschlagen, die Erscheinungen zu nehmen, die die Kreatur definieren, und sie auf einer Kreatur der Größe zu modellieren, nach der Sie suchen.
Wenn Sie zum Beispiel einen Husky nehmen und ihn auf die Größe eines Pferdes vergrößern, nehmen Sie die Proportionen des Pferdes und ändern Sie dann, was Sie brauchen (Pauspapier funktioniert hier gut), kürzen Sie den Hals, ändern Sie den Schwanz ... und so an.
Bevor mich alle wegen Unwissenschaftlichkeit beschimpfen, dient dies als Grundlage und grober Überblick.